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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Fixieren
von zu bearbeitenden Werkstücken.
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Aus
DE 203 15 264 U1 ist
eine Spannvorrichtung mit einer Anlagefläche für
ein Werkstück, einem Spannarm, der zwischen einer der Anlagefläche
benachbarten Klemmstellung und einer von der Anlagefläche
abgerückten Freigabestellung bewegbar ist, und einem Riegel
bekannt, der zwischen einer in ein zwischen Anlagefläche
und Spannarm geklemmtes Werkstück eingreifenden Stellung
und einer aus dem Werkstück ausgerückten Stellung
bewegbar ist. Spannarm und Riegel sind aneinander gekoppelt über
einen Handhebel angetrieben.
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Eine
Folge der Kopplung von Riegel und Spannarm ist, dass wenn der Riegel
im Werkstück fest klemmt, auch der Spannarm nicht bewegt
werden kann. Solange der Spannarm sich nicht bewegt, bleibt die
Klemmung des Werkstücks zwischen Spannarm und Auflagefläche
bestehen, das Werkstück kann nicht verrückt werden,
und auch zwischen Werkstück und Riegel kann die Klemmung
nicht beseitigt werden. So kann es unter unglücklichen
Umständen zu einer Selbsthemmung der Spannvorrichtung kommen.
Dieses Problem kann insbesondere dann leicht auftreten, wenn mehrere
Spannvorrichtungen zum Fixieren von miteinander zu verschweißenden
Werkstücken eingesetzt werden. Während des Schweißens
sind die Werkstücke wenigstens lokal heiß, und
in diesem Zustand werden sie miteinander verbunden. Durch Schrumpfung
des geschweißten Werkstücks beim Abkühlen
wird eine Spannung quer zu den Riegeln der Spannvorrichtungen aufgebaut,
durch die die Riegel leicht blockiert werden können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, eine Spannvorrichtung der eingangs
genannten Art so weiter zu bilden, dass ein Werkstück auch
dann leicht und sicher entnehmbar ist, wenn die Bewegung des Riegels
in die ausgerückte Stellung blockiert oder erschwert ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Spannvorrichtung mit
einer Anlagefläche für ein Werkstück,
einem Spannarm, der zwischen einer der Anlagefläche benachbarten
Klemmstellung und einer von der Anlagefläche abgerückten
Freigabestellung bewegbar ist, einem zwischen einer in das Werkstück eingreifenden
Stellung und einer aus dem Werkstück ausgerückten
Stellung bewegbaren Riegel und einem Antriebsmittel zum Verstellen
des Spannarms und des Riegels, das zwischen einer ersten Endstellung,
in der der Spannarm in der Klemmstellung und der Riegel in der eingreifenden
Stellung gehalten sind, und einer zweiten Endstellung beweglich
ist, in welcher der Spannarm in der Freigabestellung und der Riegel
in der ausgerückten Stellung sind, der Weg des Antriebsmittels
von der ersten in die zweite Endstel lung einen ersten Abschnitt,
in dem das Antriebsmittel nur den Spannarm antreibt, und einen zweiten
Abschnitt umfasst, in dem das Antriebsmittel wenigstens den Riegel
antreibt.
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Indem
der Riegel in Ruhe bleibt, während das Antriebsmittel den
ersten Abschnitt des Wegs durchläuft und dabei den Spannarm
aus der Klemmstellung entfernt, ist eine Blockade der Spannvorrichtung
durch einen festsitzenden Riegel ausgeschlossen. Sobald sich der
Spannarm aus der Klemmstellung entfernt und sich zwischen ihm und
dem Werkstück ein Spalt bildet, ist die Klemmung des Werkstücks
zwischen Spannarm und Auflagefläche aufgehoben. Das Werkstück
kann daher spontan eine Bewegung in der Ebene der Anlagefläche
ausführen, durch die auch die Klemmung des Riegels aufgehoben
wird. Wenn die durch das Abheben des Spannarms vom Werkstück
erlangte Bewegungsfreiheit nicht reicht, um die Klemmung des Riegels
zu lösen, kann der zwischen Werkstück und Spannarm
gebildete Zwischenraum auch genutzt werden, um das Werkstück
auf den Spannarm zu vom Riegel abzuziehen.
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Ein
Bewegungsablauf, bei dem zunächst nur der Spannarm angehoben
und erst später der Riegel zurückgezogen wird,
ist besonders einfach realisierbar durch eine spielhaltige Kopplung
des Riegels.
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Um
die Spannvorrichtung an unterschiedliche zu klemmende Werkstücke
anpassen zu können, ist die Länge des ersten Abschnitts
vorzugsweise veränderbar. Dies ist auf einfache Weise über
ein verstell bares Spiel zwischen Antriebsmittel und Riegel zu erreichen.
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Vorzugsweise
erreicht, während das Antriebsmittel den ersten Abschnitt
seines Wegs zurück legt, der Spannarm nur eine Zwischenstellung
auf dem Weg zu seiner Freigabestellung. In einem zweiten Abschnitt
des Weges können Spannarm und Riegel dann gemeinsam bewegbar
sein, so dass das Antriebsmittel den Spannarm von der Zwischenstellung in
die Freigabestellung und den Riegel von der eingreifenden in die
ausgerückte Stellung mitnimmt.
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Denkbar
ist auch, die Bewegung des Spannarms und des Riegels zeitlich völlig
zu entkoppeln, dergestalt, dass das Antriebsmittel auf dem ersten Abschnitt
seines Weges den Spannarm bis in die Freigabestellung mitnimmt und
in einem zweiten Wegabschnitt den Regel von der eingreifenden in
die ausgerückte Stellung mitnimmt. Hierfür ist
zweckmäßigerweise eine spielhaltige Kopplung auch
zwischen dem Spannarm und dem Antriebsmittel vorzusehen.
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Das
Spiel zwischen Antriebsmittel und Riegel ist realisierbar, indem
das Antriebsmittel eine in Bewegungsrichtung des Riegels längsverschiebliche Stange
und einen mit der Stange beweglichen Vorsprung umfasst, der im ersten
Abschnitt des Weges von einem Vorsprung des Riegels beabstandet
ist und im zweiten Abschnitt des Weges an diesem Vorsprung anliegt.
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Um
ein Verkanten des Riegels durch über die oben erwähnten
zusammenwirkenden Vorsprünge übertragenes Drehmoment
zu verhindern, umfasst der Riegel vorzugsweise eine parallel zur
Stange des Antriebselements verschiebbar, vorzugsweise in Kugellagern,
geführte Stange.
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Das
Auftreten eines Drehmoments an der Stange des Antriebselements durch
eine zwischen dem Vorsprung des Riegels und der Stange übertragene
Kraft wird nach Möglichkeit vollständig vermieden,
z. B. indem eine Kontaktfläche zwischen der Stange des
Antriebselements und dem Vorsprung des Riegels sich ringförmig
um die Längsachse der Stange erstreckt.
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Um
die Bewegung von Spannarm und Riegel in beide Richtungen anzutreiben,
kann als Antriebsmittel ein doppelt wirkender Zylinder vorgesehen sein.
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Um
eine lineare Bewegung des Zylinders in eine Drehung des Spannarms
umzusetzen, ist zwischen beiden zweckmäßigerweise
ein Kniehebel zur Kopplung vorgesehen.
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Wenn
der Spannarm in der Klemmstellung ist, ist der Kniehebel im wesentlichen
senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Antriebsmittels ausgerichtet.
So kann mit einer geringen Kraft des Antriebsmittels eine hohe Klemmkraft
des Spannarms auf das Werkstück erzeugt werden.
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Das
Antriebsmittel kann – alternativ oder ergänzend
zu dem doppelt wirkenden Zylinder – auch einen Handhebel
umfassen.
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Der
Handhebel ist an ein linear bewegbares Element des Antriebsmittels
zweckmäßigerweise mit einem in Abhängigkeit
von der Stellung des Handhebels veränderlichen Übersetzungsverhältnis
gekoppelt. Insbesondere indem das Verhältnis des vom dem
linear bewegbaren Element zurückgelegtem Wegs zum Schwenkwinkel
des Hebels im ersten Abschnitt größer als im zweiten
gemacht ist, kann der erste Abschnitt mit einer kleinen Bewegung
des Handhebels schnell durchlaufen werden, während im zweiten
Abschnitt ohne Mühe eine hohe Zugkraft auf den Riegel ausgeübt
werden kann. So kann im Falle einer Klemmung durch Betätigung
des Handhebels der Riegel auch dann leicht gelöst werden,
wenn die Kraft des Zylinders hierfür nicht ausreicht.
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Der
Handhebel kann das linear bewegbare Element des Antriebsmittels über
einen zweiten Kniehebel gekoppelt sein. Insbesondere wenn das linear
bewegbare Element der doppelt wirkende Zylinder ist, ist es zweckmäßig,
wenn eine Schwenkachse des Handhebels und zwei Gelenkachsen des
Kniehebels nahezu in einer Ebene liegen, wenn der Riegel in der
ausgerückten Stellung ist. So ist es möglich,
mit geringer Hebelkraft eine hohe Zugkraft auf den Riegel auszuüben.
Exakt in einer gleichen Ebene sollten die drei Achsen nicht zu liegen
kommen, da in einer solchen Stellung der Handhebel eine vom Kolben 10 angetriebene
Bewegung der Kolbenstange 9 blockieren würde.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine Spannvorrichtung gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung mit eingeklemmtem Werkstück;
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2 einen
zur 1 analogen Schnitt durch die Spannvorrichtung
in einer Zwischenstellung, auf dem Weg zur Freigabestellung des
Spannarms;
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3 die
Spannvorrichtung mit Spannarm in Freigabestellung und ausgerücktem
Riegel;
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4 die
Spannvorrichtung während einer Schließbewegung
zum Einklemmen eines Werkstücks;
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5 einen
Schnitt durch eine Spannvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung in Klemmstellung;
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6 einen
Schnitt durch die Spannvorrichtung der 5 in Freigabestellung;
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7 einen
Schnitt durch eine Spannvorrichtung gemäß einer
dritten Ausgestaltung in Klemmstellung; und
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8 einen
Schnitt durch die Spannvorrichtung der 7 in Freigabestellung.
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1 zeigt
einen schematischen Schnitt durch eine Spannvorrichtung gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung. Ein Gehäuse der Spannvorrichtung
kann gegliedert werden in drei Teile, einen Basiskörper 1,
der mit nicht dargestellten, an sich bekannten Mitteln zur Befestigung
der Spannvorrichtung an einer Unterlage wie etwa einer Werkbank
versehen ist, ein Zylindergehäuse 2 und ein Brückenteil 3,
das Basiskörper 1 und Zylindergehäuse 2 miteinander
verbindet.
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An
das Zylindergehäuse 2 ist ein Spannarm 4 um
eine quer zur Schnittebene der Fig. verlaufende Welle 5 schwenkbar
angelenkt. Der Spannarm 4 ist in einer Klemmstellung dargestellt,
in der er ein Werkstück 6 gegen eine Auflagefläche 7 des
Basiskörpers 1 gedrückt hält.
Das Werkstück 6 kann einteilig sein, es kann sich
aber auch um mehrere Teile handeln, die eventuell nur durch die
Klemmung in der Spannvorrichtung in Bezug zueinander fixiert werden.
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Das
Brückenteil 3 kann gegeneinander vertikal verstellbare
und aneinander fixierbare Schienen umfassen, die es erlauben, die
Höhe des Zylindergehäuses 2 in Bezug
auf den Basiskörper 1 und damit die Höhe
des Zwischenraums zwischen dem Spannarm 4 und der Auflagefläche 7 an
die Stärke des zu bearbeitenden Werkstücks 6 anzupassen.
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Der
Spannarm 4 ist über einen Kniehebel 8 an
eine Kolbenstange 9 angelenkt, die in dem Zylindergehäuse 2 vertikal
bewegbar ist. In der Klemmstellung der 1 ist der
Kniehebel 8 rechtwinklig zur Kolbenstange 9 ausgerichtet,
so dass die Kolbenstange 9 nicht durch ein auf den Spannarm 4 wirkendes
Drehmoment verschiebbar ist.
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Die
Kolbenstange 9 kreuzt einen Kolben 10, der in
einer Kammer 11 des Zylindergehäuses 2 untergebracht
ist. Um die Kolbenstange 9 anzutreiben, sind Ober- und
Unterseite des Kolbens 10 über nicht dargestellte
Leitungen und Steuerventile wahlweise mit einem gasförmigen
oder flüssigen Druckmedium beaufschlagbar.
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An
einem über das untere Ende des Zylindergehäuses 2 überstehenden
unteren Bereich der Kolbenstange 9 sind zwei Mitnehmerringe 12, 13 befestigt.
Um die Spannvorrichtung zum Festspannen unterschiedlicher Typen
von Werkstücken 6 anzupassen, können
die Mitnehmerringe 12, 13 lösbar und
wieder fixierbar an der Kolbenstange 9 angebracht sein.
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Eine
in einer vertikalen Bohrung des Basiskörpers 1 geführt
verschiebbare Stange 14 trägt an ihrem oberen
Ende einen Dorn 15, der in eine Aussparung des Werkstücks 6 eingreift
und das Werkstück 6 dadurch in seiner Position
formschlüssig verriegelt. Ein an einem unteren Ende der
Stange 14 abgewinkelter Arm 16 hat an seinem freien
Ende eine Bohrung, durch die sich die Kolbenstange 9 erstreckt, und
ist durch Kontakt mit einem der Mitnehmerringe 12, 13 abwärts
bzw. aufwärts verschiebbar. Da im Falle einer Berührung
die Kontaktfläche zwischen dem Mitnehmerring 12 oder 13 und
dem Arm 16 ringförmig und symmetrisch um die Kolbenstange 9 herum
verläuft, kompensieren sich die Drehmomente von auf entgegengesetzten
Seiten der Stange 9 auf den Mitnehmerring 12 einwirkenden
Kräften gegenseitig. So ist die Kolbenstange 9 keinem
Drehmoment ausgesetzt, und es besteht keine Gefahr, dass diese verkantet.
Um ein Verkanten der Stange 14 in der Bohrung des Basiskörpers 1 durch
ein über den Arm 16 und die Kolbenstange 9 ausgeübtes
Drehmoment zu verhindern, kann eine spiel- und reibungsarme Führung
der Stange 14 im Basiskörper 1 zum Beispiel
durch Linearkugellager 23 oder dergleichen vorgesehen sein,
die die Stange am oberen und unteren Ende des Basiskörpers
einfassen.
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Um
das Werkstück 6 nach erfolgter Bearbeitung frei
zu geben, wird die Oberseite des Kolbens 10 mit Druckfluid
beaufschlagt. Der Kolben 10 und die Kolbenstange 9 bewegen
sich abwärts, und der Spannarm 4 wird über
den Kniehebel 8 mit gezogen, wie in 2 gezeigt.
Der Arm 16 ist von beiden Mitnehmerringen 12, 13 beabstandet
und folgt der Bewegung der Kolbenstange 9 nicht. Es ergibt
sich die in 2 gezeigte Konfiguration, in
welcher der Spannarm 4 von der Oberseite des Werkstücks 6 abgerückt
ist, der Dorn 15 aber noch vollständig in das Werkstück 6 eingeführt
ist. Die Klemmung zwischen Spannarm 4 und Auflage 7 ist
zwar aufgehoben, den noch kann das Werkstück 6 noch
auf der Auflage 7 festsitzen, wenn aufgrund einer inneren
Spannung des Werkstücks 6 dieses aus seitlicher
Richtung stark gegen den Dorn 15 drückt.
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Wenn
die Abwärtsbewegung der Kolbenstange 9 weiter
geht, gelangt schließlich der Mitnehmerring 12 in
Kontakt mit dem Arm 16, so dass durch die Kraft des Kolbens 10 nun
auch der Dorn 15 aus dem Werkstück 6 heraus
gezogen wird. Schließlich wird die in 3 gezeigte
Endstellung erreicht, in der sich der Kolben 10 am Boden
der Kammer 11 befindet. Der Mitnehmerring 12 ist
an der Kolbenstange 9 so platziert, dass in dieser Endstellung
des Kolbens 10 der Dorn 15 soeben vollständig
aus der Aussparung 17 des Werkstücks 6 herausgezogen
ist. Das Werkstück 6 ist nun frei und kann entnommen
werden.
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Nach
Platzieren eines neuen Werkstücks 6 wird der Kolben 10 von
unten mit Druckfluid beaufschlagt, die Kolbenstange 9 wandert
wieder aufwärts, und der Spannarm 4 senkt sich
gegen das Werkstück 6. Im Laufe dieser Bewegung
kommt, wie in 4 gezeigt, der untere Mitnehmerring 13 in
Kontakt mit dem Arm 16 und drückt diesen nach
oben, wodurch der Dorn 15 in das Werkstück 6 wieder
einrückt. Da der Kniehebel 8 gegen Ende der Aufwärtsbewegung
der Kolbenstange 9 nahezu senkrecht zu dieser ausgerichtet
ist, steht fast die gesamte Kraft des Kolbens 10 zur Verfügung,
um den Dorn 15 in die Aussparung des Werkstücks 6 hinein
zu drücken.
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Einer
in den 5 und 6 dargestellten zweiten Ausgestaltung
zufolge ist in einem oberen Bereich des Zylindergehäuses 2 ein
Handhebel 18 angelenkt und mit der Kolbenstange 9 über
einen Kniehebel 19 verbunden. Im Normalbetrieb wird der Handhebel 18 von
der über den Kolben 10 angetriebenen Bewegung
der Kolbenstange 9 mitgenommen und schwenkt zwischen den
in 5 und 6 gezeigten Stellungen. Wenn
beim Öffnen der Spannvorrichtung der obere Mitnehmerring 12 auf
den Arm 16 trifft, ist der Handhebel 18 in etwa
horizontal ausgerichtet. Falls in diesem Stadium die Kraft des Kolbens 10 nicht
ausreicht, um den Dorn 15 aus dem Werkstück zu
ziehen, kann von Hand durch Drücken auf den Handhebel 18 nachgeholfen
werden.
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Die 7 und 8 zeigen
eine leicht abgewandelte Ausgestaltung der Spannvorrichtung mit Handhebel 18.
Hier sind die Schwenkachse 20 des Handhebels 18 und
Gelenkachsen 21, 22 des Kniehebels 19 so
angeordnet, dass sie ein mit zunehmender Annäherung an
die untere Endstellung der Kolbenstange 9 immer länger
gestrecktes Dreieck bilden. In der in 8 gezeigten
Endstellung liegen die Achsen 20, 21, 22 nahezu,
aber noch nicht exakt in einer Ebene. So wird ein extrem niedriges Übersetzungsverhältnis
zwischen der Bewegung des Handhebels 18 und der des Dorns 15 erreicht,
so dass mit geringem Krafteinsatz am Handhebel 18 eine
sehr hohe Zugkraft auf den Dorn 15 ausgeübt werden kann.
Eine exakt lineare Anordnung der Schwenkachsen 20, 21, 22 sollte
nicht erreicht werden, da in einem solchen Fall der Kniehebel 19 die
Kolbenstange 9 in der unteren Endstellung blockieren würde.
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- 1
- Basiskörper
- 2
- Zylindergehäuse
- 3
- Brückenteil
- 4
- Spannarm
- 5
- Welle
- 6
- Werkstück
- 7
- Auflagefläche
- 8
- Kniehebel
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Kolben
- 11
- Kammer
- 12
- Mitnehmerring
- 13
- Mitnehmerring
- 14
- Stange
- 15
- Dorn
- 16
- Arm
- 17
- Aussparung
- 18
- Handhebel
- 19
- Kniehebel
- 20
- Schwenkachse
- 21
- Gelenkachse
- 22
- Gelenkachse
- 23
- Linearkugellager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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