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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Klemmvorrichtung
zum Klemmen von Werkstücken
für die
Verarbeitung, bspw. durch Schweißen, und insbesondere auf eine
elektrische Klemmvorrichtung zur Übertragung des Abtriebs eines
Elektromotors über
ein Untersetzungsgetriebe auf einen Klemmarm.
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Herkömmlicherweise
werden verschiedene Vorrichtungen zum Antreiben von Klemmarmen durch
Elektromotoren als Klemmvorrichtungen zum Klemmen von Werkstücken vorgeschlagen
und eingesetzt. In diesen elektrischen Klemmvorrichtungen sind je
nach den Bedürfnissen
manuelle Betätigungsmechanismen
vorgesehen, um die Klemmarme manuell zu betreiben, wenn sie bspw.
durch Stromausfall, Stromversorgungsfehler oder dgl. nicht angetrieben
werden können.
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Bei
der Verwendung eines Elektromotors oder dgl. mit einem Bremsmechanismus
zur Verriegelung des Klemmarmes, wenn der Elektromotor nicht angetrieben
wird, ist es bei der manuellen Betätigung des Klemmarmes notwendig,
den Bremsmechanismus auszuschalten und dann den Klemmarm manuell
zu betätigen.
Dadurch ist nicht nur die Handhabbarkeit ungenügend, sondern es ist auch möglich, das
durch den ausgeschalteten Bremsmechanismus unerwartete Fehler auftreten,
wenn der Bremsmechanismus ausgeschaltet bleibt und der Elektromotor
ohne Zurückschalten
des Mechanismus wieder mit Energie versorgt wird.
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Aus
der
DE 101 59 874
C1 ist ein Werkzeug mit einem Kopfteil und einem Antriebsteil
bekannt, wobei dem Antriebsteil ein Betätigungsglied zugeordnet ist, welches über ein
Getriebe mit einem Kniehebelgelenk o. Ä. verbunden ist. Ferner ist
ein Handhebel vorgesehen, der zur manuellen Betätigung des Werkzeugs kuppelbar
ist.
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DE 10 2004 005 014
A1 zeigt und beschreibt eine elektrische Klemmvorrichtung.
Diese weist einen Handbetätigungsmechanismus
zum manuellen Drehen eines Stirnrads eines Getriebes auf. Das Wellenende
der Getriebewelle des Stirnrads ist einer Öffnung in der Abdeckung des
Wellenendes zugewandt und weist eine Nut oder dergleichen auf, in welche
ein vorderes Ende eines Handwerkzeugs zum Antreiben eingesetzt werden
kann.
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Die
aus
DE 200 18 114
U1 bekannte elektrisch betätigbare Spannvorrichtung weist
eine zu dem Getriebe gehörende
Hohlwelle auf, die den Boden des Gehäuses durchgreift. Die Hohlwelle
ist mit einem Fremdantriebs-Anschlusselement
versehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer elektrischen
Klemmvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einen Klemmarm
durch einen Bremsmechanismus zuverlässig verriegelt, wenn der Elektromotor
nicht ange trieben wird. Die manuelle Betätigung des Klemmarmes soll erleichtert
werden und insbesondere soll das Ausschalten des Bremsmechanismus
und die manuelle Betätigung
des Klemmarmes durch einen einzigen Betätigungsvorgang mit einem einzelnen
Werkzeug erfolgen können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
angegebene Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 gehst.
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Es
ist erfindungsgemäß bei einer
elektrischen Klemmvorrichtung zur Übertragung des Outputs eines
Elektromotors über
einen Untersetzungsmechanismus auf einen Klemmarm eine Betätigungswelle
vorgesehen, die ein kleines Zahnrad, das mit einem Zahnrad kämmt, welches
einen Teil des Untersetzungsmechanismus bildet, aufweist und mit Hilfe
eines externen Werkzeugs drehbar und hin und her bewegbar in einen
Körper
der Vorrichtung eingesetzt ist. Außerdem sind Verbindungsmittel
an der Betätigungswelle
vorgesehen, um einen Freigabehebel in einem an einem Antriebssystem
des Elektromotors angebrachten Bremsmechanismus zu betätigen, um
den Bremsmechanismus abzuschalten, wenn das kleine Zahnrad der Betätigungswelle
mit dem Zahnrad des Untersetzungsmechanismus kämmt.
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Wenn
die so aufgebaute elektrische Klemmvorrichtung aufgrund eines Stromausfalls
oder dgl. nicht angetrieben werden kann, wird, um den Klemmarm durch
den manuellen Betätigungsmechanismus
manuell zu betätigen,
die Betätigungswelle
gedreht, nachdem die Betätigungswelle
durch das Werkzeug so bewegt (gepresst) wurde, dass das kleine Zahnrad
an dem vorderen Ende der Betätigungswelle
mit dem Zahnrad in dem Untersetzungsmechanismus in Eingriff gebracht
wird. Durch das Bewegen der Betätigungswelle
wird der Freigabehebel in dem Bremsmechanismus über die Verbindungsmittel betätigt, so
dass der Bremsmechanismus betriebsunfähig ist. Durch die Drehung
der Betätigungswelle
wird außerdem
der Klemmarm durch das kleine Zahnrad der Betätigungswelle über das Zahnrad
des reduzierenden Antriebssystems angetrieben, wodurch der Klemmarm
zu einer gewünschten
Position bewegt wird.
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Wird
das Werkzeug während
der manuellen Betätigung
von der Betätigungswelle
getrennt, weil der Freigabehebel in dem Bremsmechanismus betätigt wird,
so wird der Bremsmechanismus wieder betriebsfähig gemacht und der Klemmarm
an der Position gehalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden als
Zahnrad des Untersetzungsmechanismus und als kleines Zahnrad der
Betätigungswelle
miteinander kämmende
Kegelräder
verwendet. Außerdem
ist es vorteilhaft, die Betätigungswelle
in den Körper
einzusetzen, wobei ein Betätigungsende
der Betätigungswelle
einer dem Betätigungsbereich
des Klemmarmes in dem Körper gegenüberliegenden
Seite zugewandt ist, um die manuelle Betätigung des Klemmarmes zu erleichtern.
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Erfindungsgemäß kann als
Verbindungsmittel ein Betätigungsverbindungsmechanismus
oder ein gebogenes Federmaterial, dessen eines Ende an der Betätigungswelle
und dessen anderes Ende an dem Freigabehebel des Bremsmechanismus
angreift, eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Sensor in dem
Körper
vorgesehen, um einen Betriebszustand eines manuellen Betätigungsmechanismus
entsprechend einer Position der Betätigungswelle zu erfassen, und
ein versehentliches Einschalten des Elektromotors während der
manuellen Betätigung
zu verhindern.
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Mit
der erfindungsgemäßen elektrischen Klemmvorrichtung
wird die manuelle Betätigung
des Klemmarmes erleichtert, indem durch einen einzelnen Betätigungsvorgang
mit einem einzelnen Werkzeug der Bremsmechanismus be triebsunfähig und der
Klemmarm manuell betätigt
werden kann. Außerdem
kann ein vorzeitiges Einschalten des Elektromotors bei betriebsunfähigem Bremsmechanismus
zuverlässig
verhindert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung
näher erläutert. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
der elektrischen Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
ein Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
die erste Ausführungsform
einer elektrischen Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische Klemmvorrichtung umfasst einen Elektromotor 3 als
Antriebsquelle innerhalb eines Körpers 1 und
außerdem
ein reduzierendes Antriebssystem (Untersetzungsgetriebe) zur Übertragung
des Abtriebs des Elektromotors 3 auf einen Klemmarm 6.
Das reduzierende Antriebssystem umfasst einen Untersetzungsmechanismus 10 mit
einem mehrstufigen Zahnradgetriebe 11 bis 16,
das durch eine Abtriebswelle 4 des Motors 3 angetrieben wird,
um dessen Drehzahl zu reduzieren, und einen Verbindungsmechanismus 20,
der mit dem Untersetzungsmechanismus 10 zur Betätigung des
Klemmarms 6 verbunden ist.
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Der
Untersetzungsmechanismus 10 umfasst ein kleines Kegelrad 11,
das an der Abtriebswelle 4 des Elektromotors 3 angebracht
ist, ein damit in Eingriff stehendes Kegelrad 12, ein Ritzel 13,
das koaxial in das Kegelrad 12 integriert ist, ein mit
dem Ritzel 13 in Eingriff stehendes Zahnrad 14,
ein Ritzel 15, das koaxial und in das Zahnrad 14 integriert
ist, und in der letzten Stufe ein Zahnrad 16, das im Wesentlichen
die Form eines Halbkreises aufweist, für den Eingriff mit dem Ritzel 15.
Dadurch wird die Drehzahl des Elektromotors 3 wesentlich
reduziert und das Drehmoment erhöht
und auf das Zahnrad 16 der letzten Stufe übertragen.
Der Untersetzungsmechanismus 10 muss nicht notwendigerweise
vollständig durch
Zahnraduntersetzungsmechanismen gebildet werden, sondern es können auch
andere Untersetzungsmechanismen vorgesehen sein.
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Ein
Kurbelverbinder 21 in dem Verbindungsmechanismus 20 ist
drehbar mit dem Zahnrad 16 der letzten Stufe des Untersetzungsmechanismus 10 an dessen
Umfang verbunden und dient als ein Kurbeltrieb zum Antrieb des vom
Elektromotor 3 weg weisenden (distalen) Endes des Kurbelverbinders 21 durch
Umwandlung der Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung innerhalb
des Bereiches, in dem sich das Zahnrad 16 um nahezu eine
halbe Umdrehung dreht. Dementsprechend wird der Abtrieb des Elektromotors 3 als
im Wesentlichen geradlinige Bewegung auf das vom Elektromotor 3 weg
weisende Ende des Kurbelverbinders 21 übertragen.
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Andererseits
ist ein Ende eines Nockenstößelverbinders 23 mit
einem Nockenstößel 25 über einen
Stift 24 drehbar mit dem vom Elektromotor 3 weg weisenden
Ende des Kurbelverbinders 21 verbunden. Das andere Ende
des Nockenstößelverbinders 23 ist über eine
Verbindungswelle 33 drehbar mit einem Ende eines Antriebshebels 31 verbunden,
der von einer Klemmarmwelle 30, die drehbar von dem Körper 1 gehalten
wird, vorsteht.
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Der
Nockenstößelverbinder 23 ist
an dem mittleren Teil gebogen und hält die Nockenstößel 25 an
beiden Enden einer Nockenstößelwelle 26,
die in dem gebogenen Bereich vorgesehen ist. Der gebogene Bereich
der Nockenstößelverbindung 23 ist durch
Biegen des anderen Endes des Nockenstößelverbinders 23 zu
dem Ende des Antriebshebels 31 um einen im Wesentlichen
rechten Winkel oder einem dem rechten Winkel naheliegenden Winkel
gebildet.
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Außerdem ist
eine Führung 27 mit
einer Nockenführfläche 28 im
Wesentlichen entlang der Bewegungsrichtung des vom Elektromotor 3 weg
weisenden Endes des Kurbelverbinders 21 in dem Körper 1 vorgesehen,
um die Bewegung des Nockenstößels 25 zu
führen.
Der Nockenstößel 25 bewegt
sich bei dem linearen Antrieb des Kurbelverbinders 21 drehend
entlang eines durch die Führungsfläche 28 festgelegten
Weges. Diese Nockenführungsfläche 28 ist
in einer geeigneten Gestalt ausgebildet, um eine festgelegte Klemmkraft
zu erreichen, und wird bei dem dargestellten Beispiel durch eine
lineare Nockenfläche 28a,
die einen grollen Teil der Länge
der Nockenführungsfläche bildet,
und in der Nähe
des Hubendes (Klemmkrafterzeugungsbereich) durch eine Nockenfläche 28b in
Form eines Bogens mit einem großen
Krümmungsradius
oder einer diesem angenäherte
Kurve gebildet.
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Das
aus dem Körper 1 vorstehende
Wellenende der Klemmarmwelle 30, die durch den Antriebshebel 31 drehend
angetrieben wird, ist als Vierkant ausgebildet. Das Ende des Klemmarmes 6 ist auf
dem Wellenende angebracht.
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In
dem Körper 1 ist
ein manueller Betätigungsmechanismus 40 zur
manuellen Betätigung des
Klemmarmes 6 vorgesehen, wenn der Klemmarm 6 aufgrund
eines Stromausfalls, eines Fehlers in der Stromversorgung oder dgl.
nicht angetrieben werden kann. Eine Betätigungswelle 41, die
den manuellen Betätigungsmechanismus 40 bildet,
ist drehbar und hin und her bewegbar in eine Wellenöffnung 43 und
ein Mittellager 44, das sich in dem Körper 1 zu der dem Betätigungsbereich
des Klemmarmes 6 gegenüberliegenden
Seite öffnet,
eingesetzt und weist ein Betätigungsende
mit einer Werkzeugaufnahme (Innensechskant) 42 auf, die
der Öffnung
zugewandt ist. Die Betätigungswelle 41 umfasst
an ihrem Ende ein kleines Kegelrad 45 für den Eingriff mit dem Kegelrad 12,
das einen Teil des Untersetzungsmechanismus 10 bildet,
durch Bewegen (Pressen) mit Hilfe eines externen Werkzeuges (Sechskantschlüssel oder
dgl.). Außerdem
ist an der Betätigungswelle 41 ein
Verbindungsmittel zur Betätigung
eines Freigabehebels 52 in einem Bremsmechanismus 50,
der an dem Elektromotor 3 angebracht ist, vorgesehen, um den
Bremsmechanismus betriebsunfähig
zu machen (auszuschalten), wenn das Zahnrad 45 mit dem Zahnrad 12 des
Untersetzungsmechanismus 10 in Eingriff steht. Hierbei
muss der Bremsmechanismus 50 nicht notwendigerweise an
dem Elektromotor 3 selbst befestigt sein, sondern kann
auch in geeigneter Weise an dem Antriebssystem des Elektromotors vorgesehen
sein.
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Der
Bremsmechanismus 50 übt
durch Bewegen (Pressen) des äußeren Endes
des Freigabehebels 52 eine Bremskraft auf die Drehung einer
kreisförmigen
Platte (nicht dargestellt) aus, die mit einer Drehwelle 4a,
welche zu der Bremsseite des Elektromotors 3 vorsteht,
verbunden ist. Verschiedene bekannte Mechanismen können hierfür eingesetzt
werden.
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Als
Verbindungsmittel kann, wie in 1 gezeigt,
ein Verbindungsmechanismus 53 eingesetzt werden, dessen
eines Ende mit dem mittleren Bereich der Betätigungswelle 41 und
dessen anderes Ende mit dem Freigabehebel 52 des Bremsmechanismus 50 in
Eingriff steht. Dieser Verbindungsmechanismus 53 wird durch
einen ersten Verbinder 53a, der über einen Stift 53b drehbar
an dem Körper 1 gehalten
wird und dessen eines Ende mit der Betätigungswelle 41 in
Eingriff steht, und einen zweiten Verbinder 53c, der mit
dem anderen Ende des ersten Verbinders 53a und dem Freigabehebel 52 verbunden
ist, gebildet. Der Mechanismus 53 bewegt den Freigabehebel 52 von der
durch durchgezogene Linien bezeichneten Position zu der gestrichelten
Position, indem die Betätigungswelle 41 durch
das Werkzeug bewegt (gepresst) wird, um den Bremsmechanismus 50 betriebsunfähig zu machen.
Die Rückführung des
Freigabehebels 52 und des Verbindungsmechanismus 53 wird
vorzugsweise durch eine Rückführfeder
durchgeführt,
die an dem Bremsmechanismus 50 vorgesehen ist. Es kann
aber auch eine Feder oder dgl. für
die Rückführung an
der Betätigungswelle 41 vorgesehen
sein.
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Wenn
die Betätigungswelle 41 den
Bremsmechanismus 50 durch Betätigung des Freigabehebels 52 betriebsunfähig macht,
kann der Klemmarm 6 manuell angetrieben werden, indem das
Zahnrad 45 an dem Ende der Betätigungswelle 41 mit
dem Zahnrad 12 des Untersetzungsmechanismus 10 kämmt und
das in der Werkzeugaufnahme 42 des Betätigungsendes der Betätigungswelle 41,
das der Öffnung
des Wellenloches 42 des Körpers 1 zugewandt
ist, befestigte Werkzeug gedreht wird.
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Das
Zahnrad 12 des Untersetzungsmechanismus 10 und
das kleine Zahnrad 45 der Betätigungswelle 41 sind
Kegelräder,
die miteinander kämmen.
Eine Beschränkung
hierauf ist aber nicht gegeben. Das Zahnrad 45 an dem Ende
der Betätigungswelle 41 kämmt vorzugsweise
mit einem Zahnrad nahe dem Elektromotor 3, das Zahnrad
ist aber nicht auf das dargestellte Zahnrad 12 beschränkt.
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In
dem Körper 1 ist
außerdem
ein Sensor 60 zur Erfassung des Betriebszustandes des manuellen Betätigungsmechanismus 40 entsprechend
der Position der Betätigungswelle 41 vorgesehen.
Dieser Sensor 60 ist ein Sensor zur Erfassung des Kontaktes
oder der Trennung eines Magneten 61, der an der Betätigungswelle 41 vorgesehen
ist. Es können
jedoch auch verschiedene Sensoren zur Erfassung der Bewegung der
Betätigungswelle 41 eingesetzt
werden. Der Output des Sensors 60 kann den Antriebsschaltkreis
des Elektromotors 3 für
die Betätigung
eines Schaltmittels zum zeitweisen Anhalten des manuellen Betätigungsmechanismus 40 mit
Energie versorgen, oder Anzeigemittel zur Anzeige, dass der manuelle
Betätigungsmechanismus 40 in
Betrieb ist.
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Bei
der elektrischen Klemmvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau
wird das Zahnrad 16 der letzten Stufe über den Elektromotor 3 durch den
Antrieb des Untersetzungsgetriebes angetrieben. Während die
Drehbewegung als im Wesentlichen geradlinige Bewegung auf den Kurbelverbinder 21 übertragen
wird, bewegt sich der Nockenstößel 25,
der an dem gebogenen Bereich des Nockenstößelverbinders 23 an
dem Ende des vom Elektromotor 3 weg weisenden Endes des
Kurbelverbinders 21 vorgesehen ist, drehend auf der Nockenführungsfläche 28 der
Führung 27,
wobei er in Kontakt mit dieser steht. Dementsprechend bewegt sich
der Nockenstößelverbinder 23 selbst
zu der dargestellten Position, wobei er sich um die Nockenstößelwelle 26 dreht. Hierdurch
wird der Antriebshebel 31 gedreht und die Klemmarmwelle 30 drehend
angetrieben. Durch die Klemmarmwelle 30 wird der Klemmarm 6 drehend angetrieben
und ein Werkstück
auf einem Tisch wird geklemmt (nicht dargestellt).
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Da
der Nockenstößelverbinder 23 zusammen
mit der Nockenführungsfläche 28 der
Führung 27,
auf welcher sich der Nockenstößel 25 drehbar
bewegt, einen Kniehebelmechanismus zum stabilen Halten der Klemmkraft
durch den Klemmarm 6 bildet, wirkt in einem Zustand, wenn
der Klemmarm 6 das Werkstück klemmt, im Wesentlichen
keine Kraftkomponente zum Antreiben des Nockenstößelverbinders 23 in
Rückführrichtung,
die als Reaktionskraft über den
Antriebshebel 31 auf die Nockenstößelverbindung 23 übertragen
würde.
Dementsprechend wird, nach dem Klemmen des Werkstücks das
Werkstück weiter
gehalten, auch wenn die Antriebskraft der Antriebsquelle abgeschaltet
wird. Der Zustand, mit dem das Werkstück auf dem Tisch geklemmt wird,
wird stabil gehalten.
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Wenn
die elektrische Klemmvorrichtung aufgrund eines Stromausfalls oder
dgl. nicht angetrieben werden kann, wird der Klemmarm 6 durch
den menuellen Betätigungsmechanismus 40 manuell
betätigt.
In diesem Fall kann die Betätigungswelle 41 gedreht
werden, nachdem die Betätigungswelle 41 mit
dem Werkzeug bewegt (gepresst) Wurde, um das kleine Zahnrad 45 an
dem Ende der Betätigungswelle 41 in
Eingriff mit dem Zahnrad 12 in dem reduzierenden Antriebssystem 10 zu
bringen. Durch das Bewegen (Pressen) der Betätigungswelle 41 wird
der Freigabehebel 52 des an dem Elektromotor 3 angebrachten
Bremsmechanismus 50 über
die ersten und zweiten Verbinder 53a und 53b des
Verbindungsmechanismus 53 betätigt, wodurch der Bremsmechanismus 50 betriebsunfähig gemacht
wird. Durch die Drehung der Betätigungswelle 41 in
einem solchen Zustand, wird außerdem
der Klemmarm 6 von dem kleinen Zahnrad 45 der
Betätigungswelle 41 über das Zahnrad 12 des
Untersetzungsmechanismus 10 angetrieben, wodurch der Klemmarm 6 zu
einer gewünschten
Position bewegt wird.
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Wird
das Werkzeug während
der manuellen Betätigung
von der Betätigungswelle 41 getrennt, weil
die Betätigung
des Freigabehebels 52 in dem Bremsmechanismus 50 freigegeben
wird, so wird der Bremsmechanismus 50 wieder betriebsfähig und
der Klemmarm 6 wird durch den Betrieb des Bremsmechanismus 50 in
der Position gehalten.
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2 zeigt
ein zweites Beispiel einer elektrischen Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Diese elektrische Klemmvorrichtung unterscheidet sich von der ersten
Ausführungsform
lediglich hinsichtlich der Verbindungsmittel, die zwischen der Betätigungswelle 41 und
dem Freigabehebel 52 des Bremsmechanismus 50 eingesetzt
werden. Der übrige
Aufbau und die Betriebsweise sind gleich. Dementsprechend werden
gleiche Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen
versehen und auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Als
in 2 dargestelltes Verbindungsmittel wird ein gebogenes
Federmaterial 55, dessen eines Ende mit dem mittleren Teil
der Betätigungswelle 41 und
dessen anderes Ende mit dem Freigabehebel 52 des Bremsmechanismus 50 in
Eingriff steht, verwendet. Dieses gebogene Federmaterial 55 erlaubt
es dem Körper 1,
den mittleren Teil mit einem Stift 55a drehbar zu halten.
Außerdem
kann ein mittlerer gewundener Bereich 55b die Federcharakteristiken
bei der Betätigung
der Betätigungswelle 41 verbessern.
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Durch
Bewegen (Pressen) der Betätigungswelle 41 mit
dem Werkzeug kann der Freigabehebel 52 von der in durchgezogenen
Linien gezeichneten Position zu der gestrichelten Position bewegt
werden, um den Bremsmechanismus 50 betriebsunfähig zu machen.