DE2924707C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aufweitbaren Dorn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 30 52 420 ist ein aufweitbarer Dorn dieser Art bekannt, bei dem sich eine feststehende Welle in axialer Rich­ tung durch einen zylindrischen Hohlkörper erstreckt. Auf der Welle sind von einer Druckfeder einseitig belastete Nocken­ elemente in Form von Filtern axial verschiebbar in der Weise angeordnet, daß bei entlasteter Druckfeder die Nockenelemente in Umfangsrichtung um die Welle angeordnete Klemmorgane radial nach außen drücken, wodurch eine Klemmwirkung erzeugt wird. Bei diesem aufweitbarem Dorn erweist es sich jedoch als nach­ teilig, daß zum Einziehen der Klemmorgane die Nockenelemente mittels eines durch einen separaten Arm betätigten, außerhalb des Hohlkörpers liegenden Stempels gegen die Kraft der die Nockenelemente belastenden Feder zurückgepreßt werden müssen. Solche außerhalb des Hohlkörpers angeordnete Einrichtungen zum Rückstellen der Klemmorgane sind wegen des damit verbundenen Aufwands unerwünscht. Bei dem bekannten aufweitbaren Dorn wird die eingezogene Stellung der Klemmorgane durch einen mittels einer Feder einseitig vorgespannten, quer zur axialen Richtung des Hohlkörpers in der Welle angeordneten Haltestift gewährleistet, der in der eingezogenen Stellung in eine Ausnehmung der Nockenelemente eingreift und diese festhält. Das Auslösen des Klemmeffekts erfolgt durch einen Bolzen, der den Haltestift durch axiales Verschieben außer Eingriff mit dem Nockenelement bringt, worauf dieses durch die Druckkraft der Feder axial bewegt wird und die Klemmorgane in die Klemmstellung bringt. Bei dieser Art des Auslösens muß eine hohe Druckkraft am Auslösestift ausgeübt werden, um den Haltestift gegen die von der Außenwand der Ausnehmung auf den Haltestift übertragene Kraft der Feder herausdrücken zu können.

Aus der GB-PS 9 51 978 ist eine Haltevorrichtung mit einem zylindrischen Hohlkörper bekannt, bei dem Klemmorgane mittels Preßluft in ihre Klemmstellung gebracht werden. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß beim Absinken des Druckes der Preßluft im Falle eines Lecks keine ausreichende Klemmwirkung mehr erzeugt werden kann. Bei der bekannten Vor­ richtung sind keine mechanisch wirkenden Betätigungsteile zum Erzeugen der Klemmwirkung vorgesehen.

Aus der US-PS 30 53 467 schließlich ist ein aufweitbarer Dorn bekannt, bei dem ebenfalls mittels Preßluft ein in einem zylin­ drischen Hohlkörper angeordneter Behälter aus einem elasti­ schen Material aufgeblasen wird, wodurch auf dessen Außenseite vorgesehene Klemmorgane nach außen gedrückt werden und eine Klemmwirkung erzeugen. Auch hier läßt beim Nachlassen des Druckes der Preßluft beispielsweise aufgrund eines Lecks die Klemmwirkung nach.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen aufweit­ baren Dorn zu schaffen, der bei gleichbleibender Wirksamkeit einen vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbau besitzt und besonders leicht und einfach zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird durch einen aufweitbaren Dorn mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen aufweitbaren Dorn dient die in dem länglichen Hohlkörper angeordnete Betätigungsstange einer doppelten Funktion, nämlich zum einen der mechanischen Kupplung einer beliebigen Anzahl von Klemmorganen, wodurch die verfüg­ bare Klemmkraft erheblich erhöhter werden kann, sowie als Zulei­ tung des Druckfluids, durch die das Einziehen der Klemmorgane erfolgt.

Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen aufweitbaren Dorns besteht darin, daß dieser beliebig weit in einen aufzunehmenden Gegenstand eingeschoben werden kann, da der Einziehabschnitt innerhalb des Hohlkörpers angeordnet ist und somit nicht störend wirkt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zum Erreichen der einge­ zogenen Stellung der Klemmorgane ein unter Druck stehendes Fluid verwendet wird, wodurch die Handhabbarkeit des Dorns gegen­ über den bekannten Dornen wesentlich verbessert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des Auf­ weitdornes im aufgeweiteten Zustand,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der in­ neren Bauteile des Dornes der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Dorn nach Fig. 1 im eingezogenen Zustand,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt des Dornes nach Fig. 1, wobei sich der Dorn im aufgewei­ teten Zustand befindet und einen äußeren Gegenstand von innen festgeklemmt hält,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4, und

Fig. 6 einen Teil aus der Darstellung nach Fig. 4, in vergrößerter Darstellung und teilweise geschnit­ ten.

Der aufweitbare Dorn 10 hat einen länglichen Hohlkörper 12 in Form eines hohlen Zylinders in dem sich eine koaxiale, axial bewegliche Betäti­ gungsstange 14 befindet. Der Dorn 10 hat zwei im axialen Abstand voneinander liegende Klemmabschnitte 16 und zwei Einziehabschnitte 18 sowie einen Aufnahmezapfen 20 an dem dem Einziehabschnitt 18 zugewandten Dornende und eine End­ platte 22 an dem den Knopfabschnitten 16 zugewandten Dorn­ ende.

Jeder Klemmabschnitt 16 verfügt über vier Klemmknöpfe 24 als Klemmorgane, die um 90° zueinander über den Dornumfang verteilt angeordnet liegen. Die Knöpfe 24 ragen durch zugeordnete Löcher 26 in der Wandung des Hohlkörpers 12. Jeder Abschnitt 16 hat weiterhin einen auf der Stange 14 befindlichen Nocken 28, eine Abschlußplatte 30 als Anschlag und eine zwischen der Abschlußplatte 30 und dem Noc­ ken 28 liegende Feder 32, die das Bestreben hat die beiden Bauteile 30 und 28 auseinanderzudrücken. Auf der Stange 14 ist ein Seeger-Ring 36 befestigt, an dem eine Anschlag­ scheibe 34 anliegt. Hierdurch wird die axiale Bewegung des Nockens 28 weg vom Anschlag 30 begrenzt. Der Nocken 28 trägt ein Lager 38, mit dem ein enger Schiebesitz auf der Stange 14 erzielt wird. Der Nocken 28 hat weiterhin auf seinem dem Anschlag 30 zugewandten Ende eine zylindrische Ausnehmung 40, innerhalb der das eine Ende der Feder 32 liegt. Das Äußere des Nockens 28 ist im Querschnitt kreis­ förmig und hat einen zylindrischen Teil 42, sowie einen konischen Teil in Form einer konischen Nockenfläche 44. Der konische Teil 44 hat eine Verjüngung 1 : 4. Die Abschlußplatte 30 ist als zylindrische Scheibe ausge­ bildet, die mit ihrer mittigen Durchbrechung einen weiten Schiebesitz auf der Stange 14 hat. Die äußere Mantelflä­ che der Platte 30 hat einen ebenso weiten Sitz innerhalb der Wandung 11 des Hohlkörpers 12. Die Feder 32 besteht aus mehreren hintereinandergeschalteten Tellerfederscheiben 46 (Fig. 6). Vier über den Umfang des Dornes verteilt angeord­ nete Schrauben 48 ragen radial durch die Wand des Zylinders 12 und liegen an der von der Feder 32 abgewandt liegenden Stirnfläche der Platte 30 an und verhindern ein axiales Wegbewegen der den Anschlag bildenden Platte 30 vom Nocken 28.

Jeder Klemmknopf 24 hat eine kreisförmige Querschnitts­ fläche und hat einen inneren Abschnitt 51 mit größerem Durchmesser, mit dem ein enger Schiebesitz im Loch 26 er­ zielt wird. Der äußere Teil 52 des Knopfes 24 hat einen geringeren Durchmesser, so daß sich eine ringförmige Schulter 54 zwischen beiden Knopfteilen ergibt. Der innere Teil 51 ist an seinem radial inneren Ende mit einer Ausneh­ mung versehen, innerhalb der sich eine Kugel 50 befindet. Die Bohrung 26 mündet radial nach außen in eine größere Bohrung 58, innerhalb der sich ein federelastischer Dichtungsring 56 befindet, der mittels eines in einer Ringnut 59 sitzenden Federringes 60 in der Bohrung 58 gehalten ist. Der Dichtungsring 56 ist radial innen und radial außen mit Stahlringen versehen, die mit einem engen Schiebesitz einerseits in der Bohrung 58 und andererseits auf dem Teil 52 des Knopfes 24 sitzen. Die erwähnten beiden Stahlringe des Dichtungsringes 56 sind mittels eines Elastomers, wie zum Beispiel Urethan miteinander verbunden.

Jeder Einziehabschnitt 18 hat einen Kolben in Form eines Stempels 62, der durch eine Stellschraube 57 auf der Stange 14 befestigt ist. Jeder Einziehabschnitt 18 hat weiterhin einen ringförmigen Anschlag 64 für den Kolben und eine Abdichtplatte 66. Die inneren und äußeren Mantelflächen vom Stempel 62 und der Abdichtplatte 66 sind mit O-Ringen 68 versehen, um Abdich­ tungen bezüglich der Stange 14 und der inneren Fläche 11 des Hohlkörpers 12 zu ergeben. Die der Abdichtplatte 66 zu­ gewandte Stirnseite des Stempels 62 ist eben; die gegenüber liegende Seite des Stempels dagegen ist auf einem zylindri­ schen Abschnitt abgesetzt, der in das zentrische Loch 72 des Anschlags 64 ragen kann. Die dem Stempel 62 zugewandte Stirnfläche der Abdichtplatte 66 ist mit einer Ausnehmung 70 versehen. Die Bewegung des Anschlags 64 und der Abdicht­ platte 66 weg vom Stempel 62 wird durch Schrauben 48 begrenzt, die wie bereits erwähnt, über den Umfang des Dornes gleich­ mäßig versetzt liegen und radial nach innen durch den Hohlkörper 12 ragen und an der vom Stempel 62 abgewandt liegen­ den Stirnfläche der Abdichtplatte 66 und des Anschlags 64 anliegen.

Mit eben solchen, über den Umfang des Dornes ver­ teilt angeordneten Schrauben 49 werden die Endplatte 22 und Aufnahmezapfen 20 am Hohlkörper 12 befestigt.

Die Stange 14 wird axial von einer Luftbohrung 78 durchsetzt, die von radialen Bohrungen 74 durchsetzt wird, so daß je eine Bohrung 74 zur Ausnehmung 70 von jeder Ab­ dichtplatte 66 führt. Das bei der Endplatte 22 liegende Ende der Luftbohrung 78 ist mit einem Stopfen verschlos­ sen. Das andere Ende der Luftbohrung 78 ist über eine fle­ xible Leitung 80 an eine Luftbohrung 82 des Aufnahmezapfen 20 angeschlossen. Am äußeren Ende des Haltezapfens 20 ist ein Luftventil 76 in den Haltezapfen eingeschraubt.

Die Stange 14 ist innerhalb und bezüglich des Hohlkörpers 12 axial bewegbar, wobei das Maß der axialen Be­ wegung durch den Abstand zwischen den Anschlägen 64 und den Abdichtplatten 66 im Einziehabschnitt 18 begrenzt wird. In der einen Endstellung (in der die Klemmknöpfe 24 vollständig eingezogen sind, wie in Fig. 3 gezeigt) ragt das linke Ende des Stempels 62 in die zentrale Bohrung 72 des Anschlags 64 und die Stirnfläche 61 des Stempels 62 liegt an der Stirnfläche 65 des Anschlags 64 an. In der anderen End­ stellung (in der die Klemmknöpfe vollständig radial nach außen bewegt worden sind, etwas weiter als aus Fig. 4 ersicht­ lich ist) liegt die andere Stirnfläche 63 des Stempels 62 an der Stirnfläche 67 der Abdichtplatte 66 an. Die Länge jedes Nockens 28 ist etwas größer als der mögliche axiale Verschiebeweg der Stange 14. Die Nocken 28 sind derart auf der Stange 14 angeordnet, daß die Klemmknöpfe 24 beim den kleinsten Durchmesser aufweisenden Ende des Konus 44 lie­ gen, wenn sich die Stange 14 in der Stellung befindet, in der die Klemmknöpfe eingezogen sind. Demgegenüber befinden sich die Klemmknöpfe in Anlage mit dem Nocken 28 bei seinem größten Durchmesser, wenn sich die Stange 14 in die Stellung be­ wegt hat, in der die Klemmknöpfe radial nach außen bewegt wor­ den sind. Die Federn 32 haben das Bestreben die Stange 14 in diejenige Stellung zu drücken, in der die Knöpfe ra­ dial nach außen bewegt worden sind. Mittels der federela­ stischen Dichtungsringe 56 werden die Klemmknöpfe 24 immer an ih­ ren zugeordneten Nocken 28 angelegt.

Die Anzahl der Tellerfederscheiben 46 pro Feder 32 und auch die Form jeder Tellerfederscheibe wird so be­ stimmt, daß die von der Feder ausgeübte Kraft im wesent­ lichen konstant bleibt, wenn die Stange 14 zwischen ihren beiden Endstellungen bewegt wird. In der Praxis hat sich gezeigt, daß das Verhältnis h/t im Bereich von 1,2 bis 1,7, bevorzugter Weise 1,41, sein soll, wobei t die Dicke der Tellerfederscheibe und h die Höhe der Tellerfeder­ scheibe abzüglich ihrer Dicke ist. Die Anzahl der Teller­ federscheiben wird so gewählt, daß jede Scheibe 46 eben­ gedrückt ist, wenn sich die Stange 14 in derjenigen End­ stellung befindet, in der die Klemmknöpfe 24 eingezogen sind. In der anderen Endstellung der Stange 14 hat jede Scheibe 46 eine Höhe von nicht weniger als 0,5 h.

Im Betrieb des Aufweitdorns wird Druckluft an das Luftventil 76 angeschlossen, so daß die Druckluft durch die Bohrungen 82, 78, 74 in die Ausnehmungen 70 zwischen den Stempel 62 und den Abdichtplatten 66 strömt. Hierdurch werden die Stempel 62 von den Abdichtplatten 66 wegbewegt und die Stange 14 wird in die in Fig. 3 dargestellte Lage nach links bewegt. Die Anschläge 34 kommen an den rechten Stirn­ seiten der Nocken 28 zur Anlage und drücken die Nocken 28 gegen die Kraft der Federn 32 nach links. Die Stempel 62 bewegen sich weiterhin weg von den Abdichtplatten 66 bis die Stirnflächen 61 der Stempel an den Flächen 65 der An­ schläge 64 anliegen (Fig. 3). In dieser Stellung der Stan­ ge 14 befinden sich die Kugeln 50 der Klemmknöpfe 24 an dem kleinen Durchmesser aufweisenden Ende der Nocken 28 und die Abdichtringe 56 drücken die Knöpfe 24 radial nach innen, so daß die äußeren Enden der Knöpfe mit der Mantelfläche des Zylinders 22 bündig sind oder sogar etwas gegenüber dieser Mantelfläche radial nach innen zurückversetzt lie­ gen. Nunmehr kann der Aufweitdorn 10 in einem Gegenstand 100 nach Fig. 4 und 5 eingesetzt werden.

Wenn sich der Dorn innerhalb des Gegenstandes 100 be­ findet, wird die Zufuhr von Druckluft unterbrochen. Das Ven­ til 76 wird entlüftet, so daß der Druck im Einziehabschnitt 18 auf dem Atmosphärendruck zurückgeht. Die Federn 32 drüc­ ken die Nocken 28 von den Anschlägen 30 weg nach rechts, wie in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser nach Rechtsbewegung der Nocken 28 laufen die Klemmknöpfe 24 entlang des konischen Ab­ schnittes 44 und werden radial nach außen gedrückt. Diese Axialbewegung der Nocken 28 und das radiale nach außen Be­ wegen der Klemmknöpfe 24 geht solange vor sich bis die Klemmknöpfe 24 an der Innenwand des Gehäuses 100 anliegen. Wenn es die Größe der Ausnehmung des Gehäuses erlaubt, werden die Klemmknöp­ fe 24 um das maximale Maß radial nach außen bewegt, so daß die Kugeln 50 auf der zylindrischen Mantelfläche des zylindrischen Abschnittes 42 anliegen, so daß dann die Stange 14 und der Nocken 28 weiter axial nach rechts be­ wegt werden, bis die Stirnflächen 63 der Stempel 62 an den Stirnflächen 67 der Abdichtplatten 66 anliegen.

Es sind auch andere Ausführungsformen des Aufweit­ dorns möglich, wobei zum Beispiel der Aufnahmezapfen 20 und die Endplatte 22 anders ausgebildet sind, je nach der Ver­ wendungsart des Dornes und abhängig davon wie die nicht darge­ stellte Halterung für den Aufweitdorn zum Anschluß an den Haltezapfen 20 ausgebildet ist. Bei anderen Ausführungs­ formen können auch eine andere Anzahl von Klemmabschnitten 16 und Einziehabschnitten 18 vorhanden sein. Weiterhin kön­ nen anstelle der Blattfedern 32 andere Federn verwendet werden. Üblicherweise wird die Anzahl der Klemmabschnitte 16 abhängig davon gewählt, welche Art von Gegenstand 100 ge­ halten werden soll. Die Federn müssen so ausgebildet werden, daß sie die erforderliche Haltekraft erzeugen, damit der Gegenstand 100 von den Klemmknöpfen 24 sicher getragen werden kann. Die Anzahl an Einziehabschnitten 18 wird so bestimmt, daß mit ihnen die Federn bei jeglicher Anzahl von vorhan­ denen Klemmabschnitten 16 zusammengedrückt werden können.

Claims (12)

1. Aufweitbarer Dorn mit einem länglichen Hohlkörper, mit mindestens einem Klemmabschnitt innerhalb dieses Hohlkörpers, mit mindestens einem axial zum Klemmabschnitt angeordneten Einziehabschnitt und mit einer koaxial zum Hohlkörper verlaufenden und den Klemmabschnitt und Einziehabschnitt verbindenden Betätigungsstange, wobei der Klemmabschnitt mindestens ein Klemmorgan, welches in radialer Richtung relativ zum Hohlkörper zwischen einer Klemmstellung und einer radial nach innen von der Klemmstellung liegenden Einziehstellung bewegbar ist, mindestens einen auf der Betätigungsstange angeordneten Nocken mit einer Nockenfläche, die mit dem Klemmorgan in Eingriff bringbar ist, und mindestens eine koaxial auf der Betätigungsstange befestigte, an dem Nocken angreifende und den Nocken in eine erste axiale Richtung derart mit Druck beaufschlagende Feder aufweist, daß die Nockenoberfläche das Klemmorgan in die Klemmstellung zwingt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Einziehabschnitt (18) innerhalb des Hohlkörpers (12) angeordnet ist und einen koaxial auf der Betätigungsstange (14) angeordneten und gegen eine Bewegung relativ zur Betätigungsstange (14) derart fixierten Stempel (62) beinhaltet, daß eine Bewegung des Stempels (62) in zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung die Betätigungsstange (14) in letztere Richtung bewegt,
daß die Betätigungsstange (14) einen inneren Durchlaß (78) zur Zuleitung einer unter Druck stehenden Fluidströmung zu mindestens einer in den Einziehabschnitt (18) mündenden Einlaßöffnung (74) bildet und mit dem Stempel (62) und dem Nocken (28) derart gekoppelt ist, daß das unter Druck stehende Fluid den Stempel (62) entgegen dem Druck der Feder (32) des Klemmabschnitts (16) entgegengesetzt zur ersten Richtung drückt, wodurch der Betätigungsstempel (14) und der Nocken (28) in die Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung bewegt werden.

2. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (32) aus einer Reihe von Tellerfederscheiben (46) besteht.

3. Dorn nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (28) des Klemmabschnitts (16) koaxial auf der Betätigungsstange (14) angeordnet ist und eine auf die Klemmorgane einwirkende konische Nockenfläche (44) aufweist, und die Feder (32) an eine axial gerichtete Oberfläche des Nockens (28) angreift.

4. Dorn nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen auf der Betätigungsstange (14) angeordneten Anschlag (34), welcher dazu dient, an den Nocken (28) anzugreifen und diesen in die zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung zu drücken, wen die Betätigungsstange (14) in diese Richtung bewegt wird.

5. Dorn nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Abschlußplatte (30), welche koaxial zur Betätigungsstange (14) in Axialrichtung zwischen dem Stempel (62) und dem Klemmabschnitt (16) derart angeordnet ist, daß die Betätigungsstange (14) relativ zur Abschlußplatte (30) axial bewegbar ist und die Abschlußplatte (30) von einer Axialbewegung in die erste Richtung relativ zum Hohlkörper (12) abgehalten wird.

6. Dorn nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Anschlag (64) für den Betätigungskolben (62) zur Begrenzung der axialen Kolbenbewegung auf einen Weg, der nicht größer ist als die Gesamtlänge des Nockens (28).

7. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmabschnitt (16) mindestens 3 Klemmorgane aufweist, die in einer Ebene senkrecht zur Achse des Stempels (62) und um den Umfang der Mantelfläche des Hohlkörpers (12) verteilt angeordnet sind.

8. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmorgan einen Klemmknopf (24) umfaßt, der sich durch eine Öffnung (26) der Wand des Hohlkörpers (12) erstreckt und einen Dichtungsring (56) enthält, welcher den Klemmknopf (24) umgibt, eine Abdichtung der Umfangsfläche des Klemmknopfs (24) und der Wand des Hohlkörpers (12) gewährleistet und den Klemmknopf (24) radial nach innen mit Druck beaufschlagt.

9. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mehrere Klemmabschnitte (16) und mehrere Einziehabschnitte (18) aufweist und die Betätigungsstange (14) mit den Abschnitten (16, 18) in Wirkverbindung steht.

10. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (78) innerhalb der Betätigungsstange (14) von einem an deren einem Ende angrenzenden Einlaß zu der entsprechenden Einlaßöffnung (74) eines jeden Einzieh­ abschnitts (18) verläuft.

11. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmorgane radial nach innen vorgespannt sind.

12. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (28) verschiebbar auf der Betätigungsstange (14) befestigt ist und mittels eines Kupplungsglieds mit der Betätigungsstange (14) gekoppelt ist, welches auf der Betätigungsstange (14) befestigt ist und an dem zur federbelasteten Seite des Nockens (28) entgegengesetzt liegenden Nockenendteil angreift.