DE19727099C2 - Spannbolzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannbolzen, mit dessen Hilfe es möglich ist, zwei aneinandergelegte Bauteile schnell und einfach gegeneinander zu fixieren, wobei diese Bauteile insbesondere zu diesem Zweck über Durchgangsbohrungen, Langlöcher etc. verfügen, die in Deckung zueinander gebracht werden, und durch welche der Spannbolzen hindurchgesteckt wird.

Ein typischer Anwendungsfall derartiger Spannbolzen ist das Aufspannen von Hilfsvorrichtungen auf so einem sogenannten Spann- oder Schweißtisch, dessen Tischplatte zu diesem Zweck eine Vielzahl von rasterartig verteilten Durchgangsbohrungen aufweist, welche auch in den Hilfsvorrichtungen vorhanden sind.

Ein derartiger Spannbolzen ist beispielsweise aus der EP 0 647 496 bekannt, und in Fig. 1 zur leichteren Erläuterung auch der Nachteile in den Fig. 1a und 1b dargestellt.

Um die Bauteile 102 und 103, beispielsweise eine Platte eines Schweißtisches sowie ein Vorrichtungsteil, miteinander zu verbinden, sind deren Durchgangsbohrungen in Fluchtung zueinander gebracht und der Bolzen 181 von oben hindurchgesteckt worden.

Dabei befand sich die Gewindespindel 195, die zusammen mit dem Handgriff 184 das eine Teil des Bolzens bildet, gegenüber dem Gehäuse 186 des Bolzens in einem herausgeschraubten Zustand. Dadurch befanden sich die Kugeln 107 soweit im Inneren des Gehäuses 186, daß sie nicht über dessen Außenumfang vorstanden, und der Bolzen 181 in die Durchgangsbohrungen überhaupt eingeschoben werden konnte.

Der Abstand in axialer Richtung zwischen den Kugeln 107 und der unteren Stirnfläche, der Spannfläche, des Handgriffs 184 war dabei größer als die Dicke der Bauteile 102 und 103 zusammen, so daß beim Einschieben bis zur Anlage des Handgriffs am oberen Bauteil 103 sich die Kugeln 107 unterhalb der Unterfläche des Bauteils 102 befanden.

Durch anschließendes Einschrauben der Gewindespindel 195 mittels des Handgriffs 184 in das Gehäuse 186 hinein laufen zwei Prozesse gleichzeitig ab. Zum einen wandern die Kugeln 107, die im entspannten Zustand am kleinen Durchmesser 199 anlagen, an der Schrägfläche entlang, und werden dadurch nach außen gedrückt, und stehen mehr und mehr über den Außenumfang des Gehäuses 186 vor, so daß sie eine Anlage für die untere Kante der Durchgangsbohrung am unteren Bauteil 102 bilden. Gleichzeitig nähert sich der Handgriff 184 mit seiner stirnseitigen Spannfläche den Kugeln 107 an, wobei die Kugeln 107 nach Erreichen des großen Durchmessers 197 an diesem axial entlang wandern, bis zwischen den Kugeln 107 und der unteren Stirnfläche des Handgriffs 184 ein Abstand erreicht ist, der der Gesamtdicke der Bauteile 102 und 103 entspricht.

Dabei wird bereits der wesentliche Nachteil dieser Bauform ersichtlich, indem dieses Verschrauben sehr lange stattfinden muß, wenn die Bauteile 102 und 103 zusammen eine relativ geringe Dicke aufweisen, also beispielsweise das Bauteil 103 nur ein dünnes Blech ist, wie in Fig. 1b dargestellt. Da jedoch auch große Gesamtdicken, wie in Fig. 1a dargestellt, mit dem Bolzen spannbar sein sollen, muß die Gewindespindel 195 einen relativ langen axialen Weg zurücklegen können, und genau dies kostet viel Zeit bei jedem neuen Spannvorgang des Bolzens, da auch bei Nacheinanderspannen von nur jeweils dünnen Bauteilen 103 die Gewindespindel jedesmal so weit zurückgedreht werden muß, bis die Kugeln 107 wieder am kleinen Durchmesser 199 anliegen, da der Bolzen vorher nicht aus der Durchgangsbohrung herausgezogen werden kann.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß durch die im Praxisfall oft auftretenden Verschmutzungen, vor allem vorhandene Fette und Öle, beim Festspannen der Korpus 186 dazu neigt, mit der Gewindespindel 195 mitzudrehen, wodurch kein Spannen möglich ist. Um dies zu verhindern, ist auf dem Außenumfang des Gehäuses 186 in einer Ringnut ein O-Ring 190 angeordnet, der eine ausreichende Reibung gegenüber den Bauteilen 102, 103 bieten soll, um ein Mitdrehen zu verhindern. Dieser O-Ring wird durch Verschleiß, Öle und Fette, häufig außer Funktion gesetzt, und darüber hinaus ist er bei nicht absolut korrekter Fluchtung der Durchgangsbohrungen 102 und 103 bei einem Herausziehen bzw. Hineinschieben des Bolzens sehr hinderlich.

Ein verbesserter Bolzen muß daher schnell spannbar sein, wie dies z. B. bei der DE 296 09 881 U1 der Fall ist.

Der Bolzen gemäß DE 296 09 881 ist jedoch nur deshalb schnell spannbar, weil er keine großen Variationen der Spanndicke, nämlich des Abstandes zwischen den Kugeln und dem Anschlagflansch des Korpus, zuläßt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Spannbolzen zu schaffen, der einerseits unabhängige Spanndicken bewältigen kann, andererseits jedoch schnell spannbar und lösbar ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß das radiale Nachaußendrücken der Verriegelungselemente (in der einfachsten Bauform Kugeln. z. B. gehärtete Kugellagerkugeln) einerseits sowie das axiale Annähern der der anderen Spannfläche andererseits durch zwei getrennte Bauteile und Funktionen übernommen wird.

Das radiale Auseinanderdrücken der Kugeln wird durch das Einführen eines Zapfens zwischen die Kugeln in axialer Richtung erreicht, dessen Bewegung unabhängig von der Bewegung des Spanngriffs und dessen axialer Bewegung ist. Der Zapfen kann dabei - wie bekannt - einen Bereich aufweisen, indem sich sein wirksamer Durchmesser erweitert, also einen Konus oder eine Schrägfläche entfernt oder der Zapfen wird für das Entspannen der Kugeln vollständig axial aus dem Bereich zwischen den Kugeln herausbewegt, wobei dann andere Sicherungsmechanismen vorhanden sein müssen, damit die Kugeln aus den Bohrungen des Korpus nicht in den inneren Hohlraum des Korpus hineinfallen.

Der Zapfen kann dabei entweder als Drehteil, also rotationssymmetrisch, ausgebildet sein, oder in der Winkellage, in der sich die Verriegelungselemente befinden, axial verlaufende Rinnen an seinem Außenumfang aufweisen, die die entsprechende Verringerung bzw. Vergrößerung des wirksamen Durchmessers für die Kugeln aufweisen. In diesem Fall würde zwar die Herstellung des Zapfens aufwendiger, der Zapfen jedoch drehfest über die Kugeln mit dem Gehäuse verbunden sein. Dies hat den Vorteil, daß der Zapfen, der aus dem Korpusgehäuse herausgeführt und erreichbar sein muß, um ihn axial bewegen zu können, gleichzeitig als Hindernis gegen ein Mitdrehen des Bolzens mit der Gewindespindel benutzt werden kann, indem der Zapfen per Hand oder mittels eines Werkzeuges festgehalten und am Drehen gehindert werden kann, wodurch auch das Gehäuse am Drehen gehindert wird.

Der Spanngriff wird nicht entlang des Zapfens verschraubt, sondern eben von diesem unabhängig gegenüber dem Gehäuse. Dies hat den Vorteil, daß der Spanngriff quasi voreingestellt werden kann, in seiner axialen Position bezüglich der Kugeln auf die ungefähre Gesamtdicke der miteinander zu verbindenden Bauteile. Nach dem Einschieben des Zapfens muß der Spanngriff nur um eine Umdrehung, ggffs. nur um eine Teilumdrehung, gedreht werden, um ein kraftvolles Verspannen gegenüber den Kugeln zu ermöglichen.

Zum Entspannen wird lediglich der Zapfen axial bewegt, ohne den Spanngriff zu bewegen, wodurch die Kugeln radial nach innen in den Korpus zurückweichen und der Bolzen entnommen werden kann. Der Zapfen ist dabei in axialer Richtung vorzugsweise in die Spannlage, in welcher die Kugeln radial nach außen gehalten werden, vorgespannt, beispielsweise mittels einer axial wirkenden Spiralfeder. Zum Entspannen muß der Zapfen von außen her entgegen der Kraft der Feder axial verlagert werden, wobei es egal ist, ob die Feder so angeordnet ist, daß zum Entspannen ein Drücken auf den Stab oder ein Ziehen am Stab notwendig ist.

Ausführungsvarianten der Erfindung sind anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Bolzen nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erste Bauform des Bolzens,

Fig. 3 eine Variante gegenüber Fig. 2,

Fig. 4 eine zweite Bauform des Bolzens.

Die Figuren zeigen jeweils Längsschnitte durch den Spannbolzen in der Spannsituation.

Die Wirkungsweise des Bolzens gemäß der Fig. 1a und 1b wurde weiter oben erläutert.

Beim Bolzen gemäß Fig. 2 ist der Korpus 9 wiederum als Drehteil mit einer Sacklochbohrung oder Durchgangsbohrung (in diesem Fall ist das untere stirnseitige Ende gegen Verschmutzungen zu verschließen) ausgebildet. An zwei, drei oder vier über den Umfang verteilten Stellen sind an der gleichen Axialposition Durchgangsbohrungen in der Wandung des Korpus 9 angebracht, in welchen sich die Kugeln 7 als Verriegelungselemente befinden. Statt der Kugeln könnten dies auch Zapfen, Platten oder andere Bauteile sein, an deren Kontur dann die Kontur der Durchgangsbohrungen des Korpus angepaßt sein sollte.

Die Kugeln 7 können - wie beim Stand der Technik - nicht aus dem Gehäuse herausfallen, da die Durchgangsbohrungen außen etwas eingebördelt sind. Ggfs. ist dies auch an der Innenkante der Durchgangsbohrungen realisiert.

Bei der Bauform gemäß Fig. 2 ist dies jedoch nicht nötig, da die Kugeln 7 auf ihrer Innenseite immer durch einen Zapfen 6 am Hineinfallen in den Korpus gehindert werden.

Dabei weist der Zapfen 6 einen Bereich mit großem Durchmesser auf, in dem er die Kugel 7 in der radial nach außen gedrückten Position, der Spannlage, hält, in der diese so weit über den Außenumfang des Korpus 9 hinausragen, daß sie als axiale Anlagefläche für die Unterseite des unteren Bauteils 3 dienen.

An diesem Bereich großen Durchmessers 6a schließt sich ein Bereich mit abnehmendem Durchmesser, insbesondere ein Konus, 6b an. Dessen kleiner Durchmesser ist ausreichend klein, um bei Anlage der Kugeln diese nicht mehr über den Außenumfang des Korpus 9 vorstehen zu lassen. Am kleineren Durchmesser des Konus 6b schließt sich ein Zapfenteil 6c mit gleichem Durchmesser an, welches verhindert, daß die Kugeln 7 ins Gehäuse hineinfallen können.

Der Zapfen 6 ist nach oben stirnseitig aus dem Bolzen heraus verlängert und endet in einer Verbreiterung, die als Entriegelungsgriff 10 dient.

Die andere Spannfläche wird durch die nach unten gerichtete Stirnfläche des Spanngriffs 5 gebildet, welcher axial gegen das obere, offene Ende des Korpus 9 verschraubt werden kann. Zu diesem Zweck besitzt der Korpus 9 am oberen Ende ein Innengewinde 11a, in das der Spanngriff 5 mit einem Außengewinde 11b auf einem zentral vorstehenden Zapfen 5a eingreift. Der Zapfen 5a und der Spanngriff 5 sind dabei vorzugsweise einstückig ausgebildet, und mit einer zentralen Durchgangsbohrung versehen, durch welche sich der Entriegelungsstab 14, welcher die Verlängerung des Zapfens 6 nach außen und insbesondere zum Entriegelungsgriff 10 hin darstellt, hindurchgeführt ist. Beim Drehen des Spanngriffs 5 dreht der Entriegelungsstab 14 jedoch nicht mit.

Auf diese Art und Weise werden auch in ihrer Gesamtdicke unterschiedliche Materialien 2, 3 zuverlässig gegeneinander gespannt, wie die Fig. 2a und 2b zeigen. Zum Entriegeln muß der Spanngriff 5 keineswegs gedreht werden, vielmehr genügt ein Herausziehen des Entriegelungsstabes 14 mittels des z. B. Entriegelungsgriffes 10 nach oben aus dem Bolzen, wodurch der Zapfen 6 mit seinem großen Durchmesser 6a zwischen den Kugeln herausgeführt wird und diese am schmalen Ende der Konusfläche 6b bzw. am schmalen Zapfen 6c anliegen, wie in Fig. 2c dargestellt, und der Bolzen insgesamt aus den Bauteilen 2, 3 herausgezogen werden kann.

Da auf den Zapfen 6 und dem mit ihm verbundenen Entriegelungsstab 14 keine von außen einwirkenden Axialkräfte wirken, genügt es, den Entriegelungsstab 14 bzw. Zapfen 6 über eine ausreichende Reibung gegenüber dem Innenumfang des Spanngriffs 5/Zapfens 5a und dessen Gewindespindel 4 an einer selbsttätigen Axialbewegung zu hindern.

Aus Zuverlässigkeitsgründen ist es jedoch auch möglich, eine Spiralfeder 8 zwischen der Gewindespindel 4 des Spanngriffes 5 einerseits und einer entsprechenden Schulter des Zapfens 6 anzuordnen, wodurch der Zapfen 6 immer in die Spannlage gedrückt wird.

Um ferner das Mitdrehen des Korpus 9 mit dem Spanngriff 5 beim Spannen zu verhindern, greift der Zapfen 6 an seinem unteren Ende vorzugsweise mit einem Vielkantprofil, z. B. als Vierkant, in eine entsprechende Ausnehmung des Korpus 9 ein. Insbesondere kann der Zapfen 6c am kleinen Durchmesser des Konus 6b als Vierkant ausgebildet sein.

Selbst wenn in der entspannten Position dieser Vielkant außer Eingriff mit dem entsprechenden Innenvielkant des Korpus gerät, wird beim Spannen, insbesondere mittels der Feder 8 wieder ein drehfester Eingriff zwischen beiden erreicht werden.

Der Vorteil der Lösung gemäß Fig. 2 - die wie alle Figuren bis auf die Fig. 1 nur einen halben Längsschnitt durch den Bolzen zeigen - besteht u. a. darin, daß das Außengewinde an der Gewindespindel 4 immer nur über einen kleinen Axialbereich offenliegt, und darüber hinaus durch den vorspringenden Spanngriff geschützt wird. Beschädigungen des Gewindes sind damit nicht zu erwarten. Der Nachteil besteht darin, daß das Gewinde 11 um so länger ausgebildet werden muß, je größer der Dickenbereich sein soll, in dem Materialien 2, 3 spannbar sein sollen.

Um dies zu entschärfen, kann gemäß Fig. 3 der Spanngriff 5 auf seiner Spannfläche eine axial eingearbeitete Ringnut aufweisen, die groß genug ist, um den im Querschnitt ringförmigen Korpus 9 beim Verspannen dünner Materialien in den Spanngriff 5 eintauchen zu lassen. Dadurch ist auch im vollständig auseinander geschraubten Zustand das frei zugängliche Stück des Außengewindes 11b an der Gewindespindel 4 immer noch relativ kurz.

Fig. 3 weist darüber hinaus eine andere Ausführung des Zapfens 6 auf.

Es befindet sich nun der Zapfen 6 mit dem großen Durchmesser 6a unten, also auf der vom Spanngriff 5 abgewandten, Seite, während sich die Konusfläche 6b in Richtung auf den Spanngriff 5, also nach oben, daran anschließt. Auch hier kann anstelle mit einem ringförmigen Konus mit entsprechenden axialen Rinnen gearbeitet werden.

Der wiederum nach oben am Konus 6b anschließende kleine Zapfen 6c ist nicht einstückig mit dem Entriegelungsstab 14 ausgebildet, welcher nach oben aus dem Bolzen und auch aus dem Drehgriff 5 herausragt, sondern der Entriegelungsstab 14 ist drehfest, jedoch axial lösbar mit dem Zapfen 6 verbunden.

Wegen der umgekehrten Anordnung von kleinem und großem Durchmesser des Zapfens 6 zueinander ist die in die Spannposition vorspannende Feder 8 auch unterhalb, also zwischen dem Zapfen 6 und dem unteren, vorzugsweise geschlossenen, vom Spanngriff abgewandten Ende des Bolzens 1 als Druckfeder angeordnet. Entsprechend muß der Entriegelungsstab 14 zum Entspannen des Bolzens nicht gezogen, sondern in den Bolzen hineingedrückt werden, um die Kraft der Feder 8 zu überwinden.

Auch dabei ist vorzugsweise - wenn nicht die Rinnenlösung für den Zapfen 6 gewählt wird - der Zapfen vorzugsweise mit seinem großen Durchmesser 6a als Vielkant ausgebildet, wobei die Anzahl der Ecken vorzugsweise der Anzahl der Kugeln 7 entspricht, oder ein Vielfaches hiervon beträgt. Durch die drehfeste Verbindung des Entriegelungsstabes 14 mit dem Zapfen 6 kann wiederum ein Mitdrehen des Gehäuses mit dem Spanngriff 5 beim Festschrauben vermieden werden. Die Rinnenlösung bezüglich des Zapfens 6, die eine Alternative zur Vielkantausformung des Zapfens und dessen drehfester Verbindung mit dem Korpus 9 dient, ist in Fig. 4a gezeichnet. Die Lösung der Fig. 4a und 4b unterscheidet sich darüber hinaus auch von derjenigen der Fig. 2 und 3, indem dort der Spanngriff 5 mit seinem Innengewinde auf einem Außengewinde des Korpus 9, der damit die Gewindespindel 4 darstellt, axial verschraubbar ist. Dadurch ergibt sich zwar der Nachteil, daß der nach oben aus dem Spanngriff 5 herausragende Teil des Außengewindes 11a frei zugänglich und damit auch für Beschädigungen zugänglich ist, aber auf der anderen Seite können mit dieser Lösung große Durchmesser­ differenzen, was die Gesamtdicke der Bauteile 2 und 3 angeht, überwunden werden. Dies ganz besonders dann, wenn der Spanngriff 5 im Längsschnitt, wie in den Fig. 4a und 4b dargestellt, jeweils L-förmig ausgebildet ist, also auf der einen Seite der Spanngriff 5 axial über das Innengewinde im Handgriff 5 vorsteht.

Wenn sehr dünne Materialien gegeneinander gespannt werden sollen, wie in Fig. 4a dargestellt, wird der Spanngriff 5 mit diesem axialen Fortsatz gegen die Materialien gerichteten auf den Korpus 9 aufgeschraubt. Bei relativ dicken Materialien 2, 3, wie in Fig. 4b dargestellt, wird er völlig vom Korpus 9 abgeschraubt, und umgekehrt, also mit dem Fortsatz von den Materialien wegweisend, aufgesetzt.

Dadurch ist ein optimal großer Dickenbereich bei vorgegebener Gewindelänge am Korpus 9 spannbar.

Claims (13)

1. Bolzen (1) zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile (2, 3), die miteinander eine variable Dicke aufweisen können, wobei

• 1. der Bolzen (1) eine Gewindespindel (4) und einen Korpus (9) aufweist,
• 2. sowie einen nach außen herausgeführten Spanngriff (5) zum Verspannen der Bauteile (2, 3) gegeneinander einerseits und
• 3. andererseits einen Zapfen (6), der an in radialer Richtung aus dem Bolzen (1) herausbewegbaren Verriegelungselementen (Kugeln 7) angreift,
• 4. der Zapfen (6) relativ zum Spanngriff (5) axial beweglich ist,
• 5. die Gewindespindel (4) ein Teil der Gewindeverbindung zwischen dem Spanngriff (5) und dem Korpus (9) ist.

2. Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (6) in eine die Verriegelungselemente (Kugeln 7) in der radial ausgefahrenen Position haltenden Axiallage vorgespannt, insbesondere mittels einer Feder (8) vorgespannt, ist.

3. Bolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung, insbesondere mittels der Feder (8), relativ zum Spanngriff (5) erzeugt wird.

4. Bolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung, insbesondere mittels der Feder (8), relativ zu dem Korpus (9) erzeugt wird.

5. Bolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeverbindung als Innengewinde (11a) im Korpus (9) und Außengewinde (11b) eines vom Spanngriff (5) stirnseitig abstrebenden Gewindezapfens ausgebildet ist.

6. Bolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (11) als Außengewinde (11a) auf dem Umfang des Korpus (9) und als Innengewinde (11b) im Spanngriff (5) ausgebildet ist.

7. Bolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (6) mit einem Entriegelungsstab (14), der axial aus dem Bolzen (1) herausgeführt ist, verbunden, insbesondere axial verbunden, ist.

8. Bolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (6) gegenüber dem Korpus (9) axial verschiebbar, jedoch drehfest verbunden ist.

9. Bolzen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Entriegelungsstab (14) drehfest mit dem Zapfen (6) verbunden ist.

10. Bolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (6) eine Konusfläche (6b) aufweist, deren großer Durchmesser die Verriegelungselemente (Kugeln 7) in die radial ausgefahrene Spannlage drückt.

11. Bolzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (6b) eine kreisförmig umlaufende Ringfläche ist.

12. Bolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (6b) axial verlaufende Rillen am Außenumfang des Zapfens (6) an der Stelle der im Korpus (9) geführten Verriegelungselemente (Kugeln 7) aufweist.

13. Bolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten des Spanngriffs (5) unterschiedlich weit in axialer Richtung (13) über dessen Gewinde (11) vorstehen.