УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
CONNECTOR OF TWO STRUCTURAL ELEMENTS

Изобретение касается устройства для соединения двух конструктивных элементов, в частности двух частей инструмента, содержащее расположенную на первом конструктивном элементе цилиндрическую установочную цапфу с окружающей эту установочную цапфу у ее основания радиально выступающей кольцевой поверхностью; расположенное во втором конструктивном элементе цилиндрическое установочное отверстие для помещения установочной цапфы с охватывающей установочное отверстие по его краю кольцевой поверхностью; установленный с возможностью перемещения цилиндрической направляющей поверхностью в поперечном отверстии установочной цапфы, снабженный на каждом из своих торцевых концов концентрическим относительно направляющей поверхности внутренним или наружным конусом зажимной палец, длина которого меньше, чем диаметр установочной цапфы в области поперечного отверстия; и два расположенных в области установочного отверстия диаметрально противоположно друг другу, предпочтительно вставленных в снабженные внутренней резьбой радиальные отверстия, снабженных направленным внутрь установочного отверстия, комплементарным к внутреннему или наружному конусу зажимного пальца наружным или внутренним конусом, в процессе затяжки стягиваемых клином с зажимным пальцем фиксирующих элемента, при этом комплементарные друг другу внутренние и наружные конусы попарно расположены с осевым смещением, способствующим в процессе затяжки втягиванию установочной цапфы в установочное отверстие и взаимному прижатию кольцевых поверхностей.
В одном из известных устройств этого рода (EP-0 547 049 B1) один конец зажимного пальца выполнен в виде внутреннего конуса, а другой конец в виде наружного конуса. Один фиксирующий элемент выполнен в виде зафиксированного во втором конструктивном элементе упорного винта, который снабжен взаимодействующим с наружным конусом зажимного пальца внутренним конусом, в то время как другой фиксирующий элемент выполнен в виде ходового винта, который снабжен входящим в зацепление во внутренний конус зажимного пальца наружным конусом. Ходовой винт и упорный винт, так же как и зажимной палец, на своем внутреннем и наружном конусе имеют одинаковый угол конусности, равный приблизительно 90°. Когда ходовой винт завинчивается до упора, создаваемые при этом усилия возникают сначала со стороны ходового винта. Зажимной палец при этом сначала прижимается со стороны ходового винта к обращенному к концу установочной цапфы дну поперечного отверстия так, что установочная цапфа втягивается в установочное отверстие. Непосредственно после этого это происходит также при набегании наружного конуса зажимного пальца на внутренний конус противолежащего упорного винта. Как только определенный эффект затяжки наступил, происходит преобразование радиальных усилий в осевую компоненту, прижимающую кольцевые поверхности первого и второго конструктивного элемента друг другу. Часть создаваемого посредством ходового винта момента вращения, впрочем, используется на то, чтобы преодолевать трение зажимного пальца в поперечном отверстии. Это означает, что кольцевые поверхности со стороны ходового винта прижимаются друг другу с большим осевым усилием, чем со стороны упорного винта.
Чтобы исправить этот недостаток известного устройства в том отношении, чтобы создаваемый в процессе затяжки момент вращения внутри соединительного устройства лучше и, в направлении взгляда в окружном направлении, более равномерно преобразовывался в стягивание плоских поверхностей, уже предлагалось (EP-1 343 602 B1), чтобы комплементарные друг к другу внутренний и наружный конусы со стороны упорного винта имели меньший угол конусности, чем со стороны ходового винта. Так, углы конусности со стороны упорного винта составляют предпочтительно от 40° до 80°, в то время как со стороны ходового винта они составляют от 70° до 120°. В процессе затяжки входящие в зацепление друг в друга внутренний и наружный конусы действуют подобно своего рода клиновой передаче, посредством которой радиальное движение ходового винта и зажимного пальца частично преобразуется в осевое стягивание плоских поверхностей. Благодаря предложенным там различным углам конусности со стороны ходового винта и упорного винта получаются в процентном выражении различные осевые компоненты усилий. При меньшем угле конусности со стороны упорного винта получают увеличенную осевую компоненту и вместе с тем компенсацию потерь трения зажимного пальца внутри поперечного отверстия.
Осуществление этого принципа затрудняется прежде всего тем, что между широко распространенной на практике системой муфты с одинаковыми углами конусности, равными приблизительно 90°, со стороны ходового винта и со стороны упорного винта, и технически усовершенствованной системой муфты с различными углами конусности не существует совместимости новых и старых компонентов, обеспечивающей возможность замены конструктивных элементов.
В основу изобретения положена задача предотвратить этот недостаток.
Для решения этой задачи предлагаются комбинации признаков, указанные в пунктах 1 и 6 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение основывается прежде всего на том известном факте, что обращенные друг к другу комплементарные наружный и внутренний конусы в контактной области прижимаются друг к другу не по всей их осевой длине, а только по части конической поверхности. Отсюда следует основная идея изобретения, что внутренний конус и/или наружный конус зажимного пальца и/или по меньшей мере одного из фиксирующих элементов в осевом направлении может быть разделен на две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части, которые в процессе затяжки могут действовать либо по отдельности, либо вместе.
В соответствии с изобретением при этом создаются разные возможности комбинирования, которые приводят к совместимости указанных систем муфт с одинаковыми или различными углами конусности со стороны ходового винта и упорного винта.
Первый вариант изобретения предусматривает, что внутренний конус и/или наружный конус зажимного пальца имеет две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части, которые, в свою очередь, предпочтительно имеют различные углы конусности.
С помощью этой меры может обеспечиваться совместимость с первой группой фиксирующих элементов, наружный конус или внутренний конус которых имеет две расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части с различными углами конусности, из которых только одна комплементарна одной из контактных частей смежного внутреннего конуса или наружного конуса зажимного пальца.
Кроме того, возможна совместимость со второй группой фиксирующих элементов, наружный конус или внутренний конус которых имеет только одну усеченную коническую контактную часть, которая комплементарна одной из контактных частей смежного внутреннего конуса или наружного конуса зажимного пальца.
Второй вариант изобретения предусматривает, что наружный конус или внутренний конус по меньшей мере одного из фиксирующих элементов имеет две расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части, которые предпочтительно имеют различные углы конусности. С помощью такой системы обеспечена совместимость с первой группой зажимных пальцев, внутренний конус и/или наружный конус которых имеет две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части с различными углами конусности, из которых только одна комплементарна одной из контактных частей смежного наружного конуса или, соответственно, внутреннего конуса одного из фиксирующих элементов. С другой стороны, обеспечивается совместимость со второй группой зажимных пальцев, внутренний конус и/или наружный конус которых включает в себя только одну по существу усеченную коническую контактную часть, которая комплементарна одной из контактных частей смежного наружного конуса или внутреннего конуса одного из фиксирующих элементов.
Во всех вариантах осуществления вышеназванного рода, в которых речь идет о совместимости, расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные части зажимного пальца и фиксирующих элементов имеют угол конусности, увеличивающийся в каждом случае в направлении свободной торцевой стороны.
В принципе, однако, можно также стягивать друг с другом расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные части наружного и внутреннего конусов вместе и попарно. В этом случае речь идет не о совместимости между различными зажимными системами, а о создании надежного стяжного соединения, имеющего две расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные области.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что контактные части зажимного пальца и/или фиксирующих элементов имеют в осевом направлении предпочтительно слегка изогнутую боковую поверхность. Боковая поверхность контактных частей имеет предпочтительно радиус кривизны, равный от 4 мм до 50000 мм. В случае совместимости контактные части попарно соприкасающихся друг с другом контактных поверхностей выпукло изогнуты в осевом направлении. В особых случаях, однако, возможно также попарное совмещение выпуклых и вогнутых контактных частей.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что контактные части зажимного пальца и/или фиксирующих элементов ограничены на своих окружных краях в каждом случае по существу усеченной конической краевой частью. Краевые части могут при этом иметь выпуклую в осевом направлении или изогнутую в виде галтели боковую поверхность. Радиус кривизны краевых частей предпочтительно меньше, чем радиус кривизны контактной части, и составляет предпочтительно от 0,05 мм до 20 мм. Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что один из фиксирующих элементов выполнен в виде установленного на втором конструктивном элементе упорного винта, а другая фиксирующая часть в виде используемого в процессе затяжки ходового винта, и что комплементарные друг другу усеченные конические контактные части со стороны упорного винта имеют меньший угол конусности, чем со стороны ходового винта.
Опыты показали, что наружный и внутренний конусы в области ходового винта подвергаются более сильному износу, чем со стороны упорного винта. Поэтому оказалось особенно целесообразным, если выполненный в виде ходового винта фиксирующий элемент снабжен наружным конусом, а зажимной палец со стороны ходового винта комплементарным к нему внутренним конусом, включающим в себя в каждом случае только одну усеченную коническую контактную часть. Угол конусности составляет в этом месте предпочтительно 90°, так что со стороны ходового винта имеет место совпадение с традиционной системой ABS. Чтобы иметь возможность использовать свойства изобретения и в этом случае, особенно предпочтительно, если выполненный в виде упорного винта фиксирующий элемент снабжен внутренним конусом, а зажимной палец со стороны упорного винта наружным конусом, включающими в себя в каждом случае две расположенные на осевом расстоянии друг от друга усеченные конические контактные части с различными углами конусности. При этом только одна из контактных частей внутреннего конуса упорного винта комплементарна к одной из контактных частей смежного наружного конуса зажимного пальца. В случае соответственно другой контактной части имеет место совпадение с традиционной системой муфты ABS.
По одному из предпочтительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения ходовой винт снабжен упорной резьбой с цилиндрическими направляющими участками поверхности. Тем самым достигается улучшение направляющих свойств как ходового винта, так и зажимного пальца, и вместе с тем улучшение точности воспроизведения при процессе затяжки. В случае упорной резьбы особенно предпочтительным считается, если опорная боковая сторона упорной резьбы относительно радиальной плоскости имеет угол профиля, равный от 5° до 15°, в то время как противолежащая, направленная к середине инструмента, боковая сторона имеет угол профиля, равный от 25° до 35°.
Другое улучшение точности воспроизведения может быть достигнуто, если зажимной палец и/или фиксирующие элементы по меньшей мере в области внутреннего и/или наружного конусов снабжены антифрикционным покрытием или имеют обработанную поверхность.
Для улучшения точности центрирования по другому предпочтительному или альтернативному варианту осуществления изобретения предлагается, чтобы между торцевой стороной установочной цапфы и дном установочного отверстия было расположено снабженное осевым проемом уплотнительное кольцо, а также опирающееся на внутреннюю стенку установочного отверстия центрирующее кольцо. Центрирующее кольцо и уплотнительное кольцо могут быть либо соединены друг с другом в единое целое, либо выполнены в виде двух частей.
Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью примеров осуществления, схематичным образом изображенных на чертеже. Показано:
фиг.1: продольное сечение муфты инструмента со стягиванием плоских поверхностей;
фиг.2a и b: продольное сечение выполненного в виде упора или конического винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.1, а также увеличенный фрагмент области внутреннего конуса фиг.2a;
фиг.3a и b: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.1, снабженной упорной резьбой, а также фрагмент области наружного конуса фиг.3a;
фиг.3c и d: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента, снабженного трапецеидальной резьбой, а также детальный вид резьбовой части фиг.3c;
фиг.3f и e: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента, снабженного трубной резьбой, а также детальный вид резьбовой части фиг.3f;
фиг.4a-c: вид сбоку зажимного или маятникового пальца муфтового устройства, показанного на фиг.1, в частично рассеченном изображении, а также два детальных вида наружного конуса и внутреннего конуса фиг.4a;
фиг.5: продольное сечение модифицированного по сравнению с фиг.1 примера осуществления конструктивного элемента муфты инструмента, снабженного гнездом;
фиг.6a и b: продольное сечение выполненного в виде упорного или конического винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.5, а также увеличенный фрагмент области внутреннего конуса фиг.6a;
фиг.7a-c: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.5, с двумя детальными видами области наружного конуса и резьбы фиг.7a;
фиг.8a-c: вид сбоку зажимного или конического пальца муфты инструмента, показанной на фиг.5, в частично рассеченном изображении с двумя увеличенными фрагментами области наружного конуса и внутреннего конуса фиг.8a;
фиг.9: другой модифицированный по сравнению с фиг.1 пример осуществления конструктивного элемента муфты инструмента, снабженного гнездом;
фиг.10: продольное сечение выполненного в виде упорного или конического винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.9;
фиг.11a-c: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.9, снабженного упорной резьбой, а также увеличенные фрагменты области наружного конуса и резьбы фиг. 11a;
фиг.12a-c: вид сбоку зажимного или маятникового пальца устройства муфты, показанного на фиг.9, в частично рассеченном изображении, а также два детальных вида области внутреннего и наружного конуса фиг.12a;
фиг.13: продольное сечение снабженного гнездом конструктивного элемента другого модифицированного по сравнению с фиг.1 примера осуществления муфты инструмента;
фиг.14a и b: продольное сечение выполненного в виде упорного или конического винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.13, а также увеличенный фрагмент фиг.14a;
фиг.15a и b: вид сбоку выполненного в виде ходового или стяжного винта фиксирующего элемента муфты инструмента, показанной на фиг.13, а также увеличенный фрагмент области наружного конуса фиг.15a;
фиг.16a-c: вид сбоку зажимного или маятникового пальца устройства муфты, показанного на фиг.13, а также два увеличенных фрагмента области внутреннего конуса и наружного конуса фиг.16a;
фиг.17a-c: модифицированный пример осуществления стяжного механизма муфты инструмента в соответствии с фиг.1 в рассеченном изображении в трех совместимых конструкциях;
фиг.18a и b: продольное сечение каждого из двух других вариантов осуществления муфты инструмента, включающих в себя модифицированные по сравнению с фиг.1 уплотнительные и центрирующие кольца;
фиг.19a и b: наглядный вид, вид сбоку и вид сверху другого варианта осуществления выполненного в виде упорного винта фиксирующего элемента;
фиг.20a и b: продольное сечение модифицированного по сравнению с фиг.1 примера осуществления муфты инструмента при стягивании плоских поверхностей с внутренним конусом 90° и 60° со стороны упорного винта и с непосредственным пропусканием охлаждающего средства через стяжной механизм;
фиг.20c: сечение по линии сечения C-C, указанной на фиг.20a;
фиг.20d: наглядное изображение зажимного пальца для примера осуществления, показанного на фиг.20a-c;
фиг.21a-c: наглядное изображение, вид сбоку и продольное сечение модифицированного по сравнению с фиг.1 варианта осуществления муфты инструмента, включающего в себя закладную шпонку для передачи момента вращения;
фиг.22: наглядное покомпонентное изображение муфты инструмента, показанной на фиг. 21a-c.
Изображенные на чертеже соединительные устройства служат для разъемного соединения конструктивных элементов. Под «конструктивными элементами» выше и ниже прежде всего должны пониматься части инструмента, которые включают в себя либо установочную цапфу, либо установочное отверстие, то есть, в частности, зажимные патроны для инструментов, хвостовики инструментов, переходники или промежуточные элементы, а также удлинители и редукторы, переставные головки, фланцы выступающей части шпинделя и при необходимости шпиндель станка.
Показанное на фиг.1 соединительное устройство состоит по существу из выступающей на первом конструктивном элементе 10 в осевом направлении установочной цапфы 12, расположенного во втором конструктивном элементе 14 установочного отверстия 16 и стяжного механизма 18 для втягивания установочной цапфы 12 в установочное отверстие 16, а также для обеспечения стягивания плоских поверхностей между окружающей установочную цапфу 12 кольцевой поверхностью 22 первого конструктивного элемента 10 и ограничивающей установочное отверстие 16 кольцевой поверхностью 24с второго конструктивного элемента 14.
Стяжной механизм 18 включает в себя установленный в поперечном отверстии 26 установочной цапфы 12 с возможностью перемещения зажимной палец 28, а также два вставленных в радиальные отверстия 30, 32 второго конструктивного элемента 14, расположенных диаметрально противоположно друг другу фиксирующих элемента 34, 36. На практике зажимной палец 28 часто также называется маятниковым пальцем. Фиксирующий элемент 34, показанный на фиг.1 и 2, выполнен в виде установленного своей потайной головкой 38 на втором конструктивном элементе 14 упорного винта, в то время как фиксирующий элемент 36 представляет собой ходовой винт.
В показанном на фиг.1 примере осуществления упорный винт 34 в смонтированном состоянии упорным конусом 37 своей потайной головки 38 упирается в соответствующий внутренний конус второго конструктивного элемента 14 так, что с наружной стороны до цилиндрической боковой поверхности 52 второго конструктивного элемента 14 остается еще некоторое свободное пространство 54. Чтобы повысить прочность упорного винта 34 и увеличить контакт ключа во внутреннем многограннике 39 потайной головки 38, это свободное пространство 54 позволяет снабдить потайную головку 38 с наружной стороны возвышением 56, наиболее высокое положение 57 которого в смонтированном состоянии находится внутри цилиндрической боковой поверхности 52 второго конструктивного элемента 14. В показанном на фиг.19a-c примере осуществления предусмотрено такое возвышение 56, которое расположено концентрически к наружному краю 58 и имеет конфигурацию в форме усеченного конуса.
Зажимной палец 28 входит в зацепление своим наружным конусом 40 во внутренний конус 42 смежного упорного винта 34 и на своем расположенном напротив наружного конуса 40 конце снабжен внутренним конусом 44 для помещения выполненного на ходовом винте 36 наружного конуса 46.
Для создания соединения между двумя конструктивными элементами 10, 14 сначала установочная цапфа 12 при вывинченном ходовом винте 36 свободно вводится в установочное отверстие 16 второго конструктивного элемента 14 до упора кольцевых поверхностей 22, 24. При последующем завинчивании ходового винта 36 во внутреннюю резьбу 32 сначала ходовой винт 36 и зажимной палец 28 упираются друг в друга в области обращенных друг к другу внутреннего и наружного конусов 44, 46. В дальнейшем ходе процесса затяжки зажимной палец 28 своим наружным конусом 40 до упора в упорный винт 34 вдвигается во внутренний конус 42. В этом состоянии начинается собственно процесс затяжки, при котором создаваемые фиксирующими элементами 36, 34 зажимные усилия через конические контактные поверхности благодаря осевому смещению преобразуются во втягивающие установочную цапфу 12 в установочное отверстие 16 осевые усилия. Осевые усилия приводят к стягиванию плоских поверхностей на кольцевых поверхностях 22, 24 первого и второго конструктивного элемента 10, 14. Осевые усилия при этом передаются через зажимной палец 28 со стороны дна 50 отверстия через поперечное отверстие 26 на установочную цапфу 12 и вместе с тем на первый конструктивный элемент 10. С другой стороны, в области фиксирующих винтов 34, 36 зажимные усилия должны восприниматься соответствующей внутренней резьбой 30, 32 внутри стенок второго конструктивного элемента 14 и исчезать.
У широко распространенной на практике, известной как система ABS системы муфты (ABS является торговой маркой фирмы KOMET GROUP GmbH) фиксирующие элементы 34, 36, так же как и зажимной палец 28, имеют на своем внутреннем и наружном конусе одинаковый угол конусности, равный приблизительно 90°. При процессе затяжки передаваемые через фиксирующие элементы на зажимную систему радиальные усилия преобразуются в осевую компоненту, прижимающую друг к другу кольцевые поверхности первого и второго конструктивного элемента. Оказалось, что при этом часть момента вращения, передаваемого через выполненный в виде ходового вина фиксирующий элемент 36, используется на то, чтобы преодолевать трение зажимного пальца 28 в поперечном отверстии. Это означает, что кольцевые поверхности 22, 24 со стороны ходового винта прижимаются друг к другу с большим радиальным усилием, чем со стороны упорного винта. Чтобы избежать этого недостатка, уже предлагалось (EP-1 343 602 B1), чтобы угол конусности (угол раскрытия) комплементарных друг другу внутреннего и наружного конусов со стороны ходового винта 36 был больше, чем со стороны упорного винта 34. С помощью этой меры компенсируются возникающие при процессе затяжки в области поперечного отверстия 26 потери трения, так что сжатие плоских поверхностей по периметру становится равномерным. Однако недостатком при этом является то, что между широко распространенной на практике системой муфты ABS с одинаковыми углами конусности и технически усовершенствованной системой муфты с различными углами конусности не существует совместимости новых и старых компонентов, обеспечивающей возможность замены конструктивных элементов.
Особенность настоящего изобретения заключается в том известном факте, что обращенные друг к другу комплементарные наружный и внутренний конусы в контактной области прижимаются друг к другу не по всей их осевой длине, а только по части конической поверхности. Отсюда следует основная идея изобретения, что внутренний и наружный конусы зажимного пальца 28 и/или фиксирующих элементов 34, 36 в осевом направлении могут быть разделены на две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части, которые в процессе затяжки могут действовать либо по отдельности, либо вместе. Отсюда следуют разные возможности комбинирования, которые приводят к совместимости двух этих систем муфт с одинаковыми или различными углами конусности со стороны ходового винта и упорного винта.
В показанном на фиг.1-4 примере осуществления как внутренний конус 44, так и наружный конус 40 зажимного пальца 28 включают в себя соответственно две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части 44', 44'' и 40', 40'', которые, в свою очередь, предпочтительно имеют различные углы конусности (сравн.4a-4c). С помощью этой меры может обеспечиваться совместимость с первой группой фиксирующих элементов 34, 36, показанных на фиг.2a, b, 3a, b, наружный и внутренний конусы которых включают в себя две расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части 46', 46'', а также 42', 42''. Причем эти контактные части расположены так, что в каждом случае только одна контактная часть фиксирующих элементов 34, 36 комплементарна одной из контактных частей внутреннего или наружного конусов зажимного пальца 28, то есть имеет такой же угол конусности и в стянутом состоянии прилегает к ней. Дополнительно к этому требуется взаимное согласование размеров комплементарных друг другу наружного и внутреннего конусов.
Кроме того, благодаря этому может достигаться совместимость со второй группой фиксирующих элементов, наружный и внутренний конусы которых в смысле традиционной системы ABS включают в себя только одну единственную усеченную коническую контактную часть, которая комплементарна одной из контактных частей смежного внутреннего и наружного конусов зажимного пальца.
С точки зрения фиксирующих элементов 34, 36 второй вариант изобретения заключается в том, что наружный или внутренний конусы 42, 46 фиксирующих элементов в каждом случае включают в себя две коаксиально расположенные на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части 42', 42'', а также 46', 46'', которые предпочтительно имеют различные углы конусности. С помощью такой системы обеспечена совместимость с первой группой зажимных пальцев 28, у внутреннего и наружного конусов 44, 40 которых в смысле предыдущего варианта осуществления, показанного на фиг.4a-c, в каждом случае одна из двух коаксиально расположенных на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченных конических контактных частей 40', 40'', а также 44', 44'', комплементарна одной из контактных частей наружного и внутреннего конусов 46, 42 фиксирующих элементов 36, 34. С другой стороны, здесь дополнительно существует совместимость со второй группой зажимных пальцев, внутренний и наружный конусы которых по типу традиционной системы ABS в каждом случае включают в себя только одну по существу усеченную коническую контактную часть, которая комплементарна одной из контактных частей смежных наружного или, соответственно, внутреннего конусов 46', 46'' или, соответственно, 42', 42'' фиксирующих элементов 36, 34.
В вариантах осуществления, показанных на фиг.1-4, в которых речь идет о совместимости между двумя системами муфт, расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные части зажимного пальца и фиксирующих элементов имеют увеличивающийся в каждом случае в направлении свободной торцевой стороны угол конусности (сравн. фиг.2a, 3a и 4a).
Как у фиксирующих элементов 34, 36, так и у зажимного пальца 28 контактные части на своих краях ограничены в каждом случае по существу усеченной конической краевой частью. В случае выполненного в виде упорного винта фиксирующего элемента 34 предусмотрены краевые части 43', 43'', в случае выполненного в виде ходового винта фиксирующего элемента 36 краевые части 47', 47'', 47''' (фиг.3b). У зажимного пальца 28 со стороны наружного конуса 40 предусмотрены краевые части 41', 41'', в то время как со стороны внутреннего конуса предусмотрены краевые части 45', 45'', 45'''.
В примере осуществления, показанном на фиг.1-4, как контактные части, так и краевые части на своих боковых поверхностях слегка выпукло изогнуты с указанным в каждом случае радиусом кривизны от 3,9 мм до 20000 мм. Радиусы кривизны при этом в каждом случае меньше, чем смежные контактные части.
Примеры осуществления, показанные на фиг.5-8, 9-12 и 13-16, отличаются от варианта осуществления, показанного на фиг.1-4, прежде всего исполнением контактных частей и краевых частей. В целях наглядности и во избежание ненужных повторов на этих фигурах одинаковые части обозначены такими же номерам позиций, что и на группе фиг.1-4.
В примере осуществления, показанном на фиг.5-8, видно, что краевые части могут быть выполнены не обязательно выпуклыми, но также вогнутыми. Это показано, например, в вариантах осуществления, изображенных на фиг.6b и фиг.8c на примере краевых частей 43', 45'' в области фиксирующего элемента 34 и зажимного пальца 28.
Как видно из вариантов осуществления, показанных на фиг.9-12 и 13-16, в принципе можно также стягивать друг с другом расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные части наружного и внутреннего конусов соответственно вместе и попарно. В этом случае речь идет не столько о совместимости между разными зажимными системами, сколько об изготовлении надежного зажимного соединения, включающего в себя две расположенные на осевом расстоянии друг от друга контактные области. Это приводит к тому, что в примере осуществления, показанном на фиг.9-12, внутренний конус 42 выполненного в виде упорного винта фиксирующего элемента 34, а также внутренний конус 44 зажимного пальца 28 имеет в каждом случае уменьшающийся в направлении свободной торцевой стороны угол конусности, в то время как он у смежного наружного конуса 40 зажимного пальца 28 и 46 ходового винта 36 увеличивается в направлении торцевой стороны.
В показанном на фиг.13-16 примере осуществления как наружный конус 46 выполненного в виде ходового винта фиксирующего элемента 36, так и наружный конус 40 зажимного пальца 28 имеют угол конусности, уменьшающийся в направлении свободной торцевой стороны угол конусности, в то время как комплементарные им внутренние конусы 44 зажимного пальца 28 и 42 выполненного в виде упорного винта фиксирующего элемента 34 имеют угол конусности, увеличивающийся в направлении свободной торцевой стороны.
Как уже указывалось выше, предпочтительно, если комплементарные друг другу контактные части наружного и внутреннего конусов 40, 42 со стороны упорного винта 34 имеют меньший угол конусности, чем со стороны ходового винта 36. С меньшим углом конусности со стороны упорного винта 34 получают увеличенную осевую компоненту зажимного усилия и вместе с тем компенсацию потерь трения зажимного пальца 28 внутри поперечного отверстия 26.
С другой стороны, оказалось, что при таком взаимном расположении со стороны ходового винта 36 как на наружном конусе 46 ходового винта 36, так и на внутреннем конусе 44 зажимного пальца 28 возникает больший износ, чем со стороны упорного винта 34. Особенно предпочтительным оказалось, если выполненный согласно примеру осуществления, показанному на фиг.17a-c, в виде ходового винта фиксирующий элемент 36 снабжен наружным конусом 46, а зажимной палец 28 со стоны ходового винта - комплементарным ему внутренним конусом 44, каждый из которых имеет только одну усеченную коническую контактную часть. Чтобы обеспечить совместимость со старыми компонентами традиционной системы ABS, угол конусности в этой единственной контактной части составляет примерно 90°.
С другой стороны, в показанном на фиг.17a примере осуществления выполненный в виде упорного винта фиксирующий элемент 34 снабжен внутренним конусом 42, а зажимной палец 28 со стороны упорного винта - наружным конусом 40, каждый из которых включает в себя две расположенные на осевом расстоянии друг от друга, усеченные конические контактные части 42', 42'', 40', 40'' с различными углами конуса 60° и 90°, из которых соответственно только одни попарно прилегают друг к другу. Угол конусности прилегающих друг к другу контактных частей составляет здесь 60°. Вторая контактная часть оставлена для муфты, включающей в себя традиционные части муфты ABS, и поэтому имеет угол конусности, равный 90° (сравн. фиг.17b и 17c).
На фиг.17b показаны элементы муфты, снабженной традиционным зажимным пальцем 28, наружный конус 40 которого со стороны упорного винта 34 имеет угол конусности, равный 90°, и в соединенном состоянии прилегает к имеющей угол 90° контактной части 42'' упорного винта.
На фиг. 17c показаны элементы муфты, снабженной традиционным упорным винтом 34, единственный внутренний конус 42 которого имеет угол конусности, равный 90°, и в соединенном состоянии прилегает к имеющей угол 90° контактной части 40'' расположенной со стороны упорного винта наружного конуса 40 зажимного винта 28.
С помощью фиг.17a-c можно, таким образом, особенно просто понять совместимость предлагаемых изобретением элементов муфты с новыми и старыми компонентами.
Другую особенность изобретения следует видеть в том, что прежде всего у фиксирующего элемента 36, который выполнен в виде ходового винта, предусмотрена резьба 60, которая обладает особенно хорошими направляющими свойствами в ответной резьбе и в ответном отверстии второго конструктивного элемента 14. Благодаря улучшенным направляющим свойствам фиксирующего элемента 36 и примыкающего к нему зажимного пальца 28 достигается улучшенная точность воспроизведения при процессе затяжки.
В примере осуществления, показанном на фиг.3c и 3d, на фиксирующем элементе 36 предусмотрена трапецеидальная резьба 60' с углом профиля, равным 30°, в то время как в примере осуществления, показанном на фиг.3f и 3g, предусмотрена трубная резьба 60'', которая имеет угол профиля, равный 55°. Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления представляет собой форма резьбы, показанная на фиг.7a и 7c, а также фиг.11a и 11c, которая является упорной резьбой 60''', опорная боковая сторона 61' которой относительно радиальной плоскости 63 имеет угол профиля, равный 15°, а ее направленная к середине инструмента боковая сторона 61'' имеет угол профиля, равный 30°. Разумеется, возможна оптимизация углов профиля, которая может привести к еще большему улучшению путем изменения в том или ином направлении.
Другое улучшение направляющих свойств в области выполненного в виде ходового винта фиксирующего элемента 36 может быть достигнуто, если обращенный к установочному отверстию конец радиального отверстия 32 выполняется в виде безрезьбового направляющего отверстия 70, и ходовой винт включает в себя соответствующий безрезьбовой направляющий участок 72 (сравн. фиг.5, 7a). Безрезьбовые участки 70, 72 служат для того, чтобы ходовой винт 36 в критической области конического соединения устанавливался с меньшим зазором посадки, и резьба преимущественно выполняла зажимную функцию в осевом направлении.
Другое улучшение точности воспроизведения может быть достигнуто, если зажимной палец и/или фиксирующие элементы по меньшей мере в области внутреннего и/или наружного конусов снабжены антифрикционным покрытием или имеют сокращающую износ обработанную поверхность.
В показанном на фиг.1 примере осуществления между торцевой стороной установочной цапфы 12 и дном 50 установочного отверстия 16 находится снабженное осевым проемом 76 уплотнительное кольцо 78, которое уплотняет в наружном направлении проведенный через стяжной механизм 18 канал 80 для охлаждающего средства. Кроме того, в зажимном пальце 28 стяжного механизма 18 имеется проем 98, 98' в виде удлиненного отверстия, который либо непосредственно, либо с помощью проходящей насквозь трубы 81 для охлаждающего средства сообщается с каналом 80, 80' для охлаждающего средства в обоих конструктивных элементах 10, 14.
В случае показанного на фи.18b и 22 примера осуществления приходящий от второго конструктивного элемента 14 канал 80 для охлаждающего средства сквозь уплотнительное кольцо 78 впадает в трубу 81 для охлаждающего средства, которая бесступенчато проведена сквозь проем 98, имеющий вид удлиненного отверстия в зажимном пальце 28, и заканчивается с другой стороны в канале 80' для охлаждающего средства конструктивного элемента 10. Труба 81 для охлаждающего средства одновременно служит для фиксации от вращения зажимного пальца 28 в поперечном отверстии 26. Эта фиксация от вращения важна постольку, поскольку зажимной палец 28 в месте перехода к его наружному и внутреннему конусу при согласовании с фиксирующими элементами не обладает точной вращательной симметрией и поэтому нуждается в определенной вращательной ориентации в поперечном отверстии (сравн. фиг.20d, 22). Труба 81 для охлаждающего средства благодаря гладкому переходу особенно пригодна для технологии смазки минимальным количеством (MMS).
В показанном на фиг.20a и b примере осуществления труба 81 для охлаждающего средства отсутствует. Здесь охлаждающее смазочное средство внутри стяжного механизма 18 непосредственно пропускается сквозь расположенный в зажимном пальце 28 проем 98'. В принципе, здесь достаточно было бы цилиндрического проема. Что касается различных углов конусности 60° (фиг.20a) и 90° (фиг.20b) конусов, соединяющихся с фиксирующим элементом 34, зажимной палец 28 проникает в поперечное отверстие 26 на различное расстояние, в зависимости от действующего угла конусности. Поэтому для полного перекрытия требуется проем 98' в виде удлиненного отверстия (сравн. фиг.20d). Кроме того, в этом случае предусмотрена дополнительная фиксация от вращения для зажимного пальца 28. Фиксация от вращения состоит здесь из радиально ввинченного в установочную цапфу 12 фиксирующего штифта 102, который со стороны поперечного отверстия 26 своим острием 104 входит в зацепление в продольную выемку 106 с открытыми краями зажимного пальца 28, обеспечивая фиксацию (сравн. фиг.20d).
К уплотнительному кольцу 78 в радиальном и осевом направлении примыкает центрирующее кольцо 82, которое существенно способствует центрированию двух конструктивных элементов 10, 14. Центрирующее кольцо 82 может быть при этом либо цельно соединено с уплотнительным кольцом 78 (фиг.1), либо выполнено в виде отдельной от уплотнительного кольца 87 части (фиг.18a). Установленное на конце цапфы центрирующее кольцо 82 может расширяться за счет осевого давления при контакте с дном 50 отверстия гнезда. Для получения точного расширения центрирующее кольцо 82 может либо включать в себя по меньшей мере одну полость 84, которая целиком или частично распространяется по периметру центрирующего кольца, либо быть снабжено вкладышем 86 из металла или полимерного материала. Центрирующее кольцо 82 находится при этом в обеспечивающем уплотнение контакте с уплотнительным кольцом 78 посредством неизображенного завинчивания. Центрирующее кольцо 82 может состоять из металла, полимерного материала или резины или из композитного материала. Предпочтительно для этого применяется эластомерный материал.
При разделении конструктивных элементов 10, 14 уплотнительное кольцо 78 остается в установочном отверстии 16, в то время как центрирующее кольцо 82, если оно выполнено в виде отдельной части, остается на установочной цапфе 12. Предпочтительно между центрирующим кольцом 82 и установочной цапфой 12 существует геометрическое замыкание, которое, например, может обеспечиваться кольцевым утолщением 90 на центрирующем кольце 82 и комплементарным окружным пазом в установочной цапфе 12.
На фиг.18b изображен другой пример осуществления уплотнительного кольца 78 со выполненным на нем центрирующим кольцом 82, в котором в центрирующее кольцо 82, будучи распределены по его периметру, введены несколько контактных шариков 92 из металла или полимерного материала. Чтобы уменьшить давление на поверхность контактных шариков 92, в центрирующую поверхность 94 установочного отверстия 16 и в смежную ответную поверхность на установочной цапфе 12 могут быть введены имеющие форму части цилиндра беговые опорные дорожки для контактных шариков 92. При разделении конструктивных элементов 10, 14 уплотнительное кольцо 78 со своим центрирующим кольцом 82 остается в установочном отверстии 16. Центрирующие поверхности 94, 96 для этого выполнены коническими.
С помощью предлагаемых изобретением мер можно путем специального выбора угла конусности внутри стяжного механизма 18 между зажимным пальцем 28 и фиксирующими элементами достичь снижения потерь трения и вместе с тем повышенного на 30-40% зажимного усилия, а также соответственно увеличенной жесткости на изгиб в области соединительного устройства. Чтобы иметь возможность лучше использовать это преимущество, кроме того, приняты меры, которые приводят к восприятию более высокого момента вращения в этом соединении. В показанном на фиг.21a-c, 22 примере осуществления с этой целью в области кольцевых поверхностей 22, 24 предусмотрен радиальный паз 108 в конструктивном элементе 14 и закладная шпонка 110 в конструктивном элементе 10, которые в смонтированном состоянии входят в зацепление друг в друга с точной посадкой. Закладная шпонка 110 с помощью крепежного винта 112 радиально вставлена в гнездо 107 во фланце 114 конструктивного элемента 10, и своей захватной частью 111 в осевом направлении так выступает за кольцевую поверхность 22, что она в соединенном состоянии может входить в зацепление в радиальный паз 108 другого конструктивного элемента 14. Дополнительно в кольцевой поверхности 22 первого конструктивного элемента 10 предусмотрен выступающий в осевом направлении ориентировочный штифт 116, который в смонтированном состоянии своим острием 118 входит в зацепление в ориентировочное отверстие 120 в области плоской поверхности 24 второго конструктивного элемента 14. Ориентировочный штифт 116 по сравнению с закладной шпонкой 110 имеет только второстепенное значение для передачи момента вращения (сравн. фиг.21c).
Резюмируя, можно констатировать следующее: изобретение касается устройства для соединения двух конструктивных элементов 10, 14, например, двух частей инструмента. Первый конструктивный элемент 10 включает в себя при этом цилиндрическую установочную цапфу 12, а также радиально выступающую за эту установочную цапфу 12 кольцевую поверхность 22, в то время как второй конструктивный элемент 14 снабжен цилиндрическим установочным отверстием 16 для помещения установочной цапфы 12, а также охватывающей это установочное отверстие 16 кольцевой поверхностью 24. Кроме того, предусмотрен стяжной механизм 18, который при процессе затяжки способствует тому, что установочная цапфа 12 втягивается в установочное отверстие 16, и при этом кольцевые поверхности 22, 24 прижимаются друг к другу. Стяжной механизм 18 включает в себя установленный в поперечном отверстии 26 установочной цапфы 12 с возможностью перемещения зажимной палец 28, а также два расположенных диаметрально противоположно друг другу во втором конструктивном элементе 14 фиксирующих элемента 34, 36, каждый из которых торцевым внутренним или, соответственно, наружным конусом прилегает к комплементарному наружному или, соответственно, внутреннему конусу зажимного пальца 28 и в процессе затяжки клином стягивается с ним. В соответствии с изобретением внутренний и/или наружный конусы зажимного пальца 28 и/или фиксирующих элементов 34, 36 включают в себя в каждом случае две расположенные коаксиально на осевом расстоянии друг от друга, по существу усеченные конические контактные части 40', 40'', 44', 44'', 42', 42'', 46', 46'', которые в процессе затяжки могут действовать либо по отдельности, либо вместе.
Перечень ссылочных позиций
10 Первый конструктивный элемент
12 Установочная цапфа
14 Второй конструктивный элемент
16 Установочное отверстие
18 Стяжной механизм
22 Кольцевая поверхность (1-й конструктивный элемент)
24 Кольцевая поверхность (2-й конструктивный элемент)
26 Поперечное отверстие
28 Зажимной палец
30 Радиальное отверстие с внутренней резьбой
32 Радиальное отверстие с внутренней резьбой
34 Фиксирующий элемент (упорный винт)
36 Фиксирующий элемент (ходовой винт)
37 Упорный конус
38 Потайная головка
39 Внутренний многогранник
40 Наружный конус
40', 40'' Контактная часть
41', 41'' Краевая часть
42 Внутренний конус
42', 42'' Контактная часть
43', 43'' Краевая часть
44 Внутренний конус
44', 44'' Контактная часть
45', 45'', 45''' Краевая часть
46 Наружный конус
46', 46'' Усеченная коническая контактная часть
47', 47'', 47''' Краевая часть
50 Дно отверстия
52 Боковая поверхность
54 Свободное пространство
56 Возвышение
57 Наиболее высокое положение
58 Наружный край
60 Резьба
60' Трапецеидальная резьба
60'' Трубная резьба
60''' Упорная резьба
70 Безрезьбовой участок/безрезьбовое направляющее отверстие
72 Безрезьбовой участок/безрезьбовое направляющий участок
76 Проем
78 Уплотнительное кольцо
80, 80' Канал для охлаждающего средства
81 Труба для охлаждающего средства
82 Центрирующее кольцо
84 Полость
86 Вкладыш
90 Кольцевое утолщение
92 Контактные шарики
94, 96 Центрирующие поверхности
98, 98' Проем в виде удлиненного отверстия
102 Фиксирующий штифт
104 Острие
106 Продольная выемка
108 Радиальный паз
110 Закладная шпонка
111 Захватная часть
112 Крепежный винт
114 Фланец
116 Ориентировочный штифт
118 Острие
120 Ориентировочное отверстие