DE4015445A1 - Vorrichtung zum spannen eines werkstuecktraegers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere das Spannen auswechselbarer Werkstückträger, die in einem Transfersystem bewegt und an verschiedenen Stationen desselben z. B. Werkstückspannstation, Werkstückspeicher oder Bearbeitungsstation festgelegt werden müssen.

Je nach Gestaltung der Werkstückträger sind entsprechend angepaßte Spannvorrichtungen für dieselben entwickelt worden. Vorherrschend sind Konstruktionen, welche die Spannstelle(n) an der der Werkstückaufspannfläche gegenüberliegenden Seite des Werkstückträgers aufweisen.

So schlägt DD 1 35 047 ein hydraulisch betätigtes Klemmelement vor, das aus einer Kolbenstange und einem sich im wesentlichen orthogonal zu deren Achse erstreckenden Klemmstück besteht. Die Kolbenstange ist außerdem mit einem wendelförmigen Flachprofil versehen, welches zwischen zwei Stiften geführt ist. Eine hydraulisch bewirkte Bewegung der Kolbenstange längs ihrer Achse führt mit Wirksamwerden des wendelförmigen Flachprofiles noch zu einer überlagerten Schwenkbewegung derselben um ihre Längsachse. So wird das Klemmstück gehoben und geschwenkt. Das wendelförmige Flachprofil ist an der Kolbenstange in axialer Verlängerung derselben angeordnet. Daraus folgt der Nachteil, daß die Einrichtung einen relativ hohen Bauraum benötigt. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Schwenkbewegung von der Hubbewegung abgeleitet ist und infolge dessen zum Zwecke des Schwenkens weiter gehoben werden muß. Das erfordert zusätzlich Bauraumhöhe im Bereich der Spannstelle. Also muß dadurch der Werkstückträger höher dimensioniert werden. Da über die Hubbewegung auch die Spannkraft übertragen wird, muß ein relativ großer Kolbendurchmesser gewählt werden. Der notwendige Zylinderraum wird daher infolge relativ großer Hubbewegung und großem Kolbendurchmesser relativ groß, woraus ein entsprechend großes Hydrauliksystem mit entsprechendem Bauraum folgt.

Als weiterer Nachteil muß erkannt werden, daß die Einrichtung gegenüber einem Ausfall der Spannkraft nicht gesichert ist. Sobald die Hydraulik ausfällt, entfällt auch die Spannkraft.

Eine ähnliche Lösung wird mit DE 32 09 553 vorgeschlagen. Auch hier wird eine hydraulisch bewegte Spannstange axial bewegt. Auf ihrem Umfang ist ein Gewinde vorgesehen, welches eine Hülse trägt, die mit dem Spannkopf verbunden ist. Am Umfang der Hülse ist ein Nocken vorgesehen, der in einer im Grundkörper der Vorrichtung vorgesehenen Steuerkurve gleitet somit die Hülse unverdrehbar führt. Die axiale Bewegung der Spannstange nimmt zunächst also die Hülse bis zum Ende des axial verlaufenden Abschnitts der Steuerkurve mit. Eine weitere Längsbewegung der Spannstange verursacht nun über das Gewinde ein Drehen der Hülse und damit Schwenken des Spannkopfes.

Voraussetzung für letzteren Ablauf ist eine sehr hohe Steigung des Gewindes.

Diese Lösung weist prinzipiell die gleichen Nachteile wie die nach DD 1 35 047 auf. Und obwohl hier ein Gewinde zur Wandlung einer Längsbewegung in eine Dreh(Schwenk)bewegung verwendet wird, hat auch diese Einrichtung keine Sicherung gegen den Ausfall der Spannkraft im Falle eines Defektes in der hydraulischen Anlage.

Es soll eine Spannvorrichtung für Werkstückträger geschaffen werden, welche eine sichere und optimale Spannkraftübertragung ermöglicht. Sie soll eine relativ geringe Bauhöhe aufweisen und im Falle des Ausfalls der Antriebskraft ihre Spannkraft aufrecht erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung für Werkstückträger getriebeseitig so zu gestalten, daß von einer einzigen Bewegung des die Antriebskraft aufbringenden Elementes eine Hub- und eine Schwenkbewegung ableitbar sind und das genannte Ziel der Erfindung erreicht wird.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung davon aus, daß der Werkstückträger Anlageflächen für mindestens ein zur Spannvorrichtung gehörendes Spannelement aufweist und dieses Spannelement mit einer axial- und drehbeweglich angeordneten Welle verbunden ist, die über einen gewissen Bereich ihrer Länge ein Gewinde trägt.

Erfindungsgemäß weist das Gewinde einen Steigungswinkel auf, der im Bereich der Selbsthemmung liegt. Dieses Gewinde trägt ein im Grundkörper der Spannvorrichtung drehbar abgestütztes Spannritzel. Des weiteren sind mit der Welle ein Schwenkritzel und ein Teil einer Verriegelungsvorrichtung drehfest verbunden. Im Grundkörper der Spannvorrichtung ist weiterhin ein Antriebselement, welches translatorisch bewegbar ist, so angeordnet, daß seine Bewegungsrichtung orthogonal zur Achse der Welle verläuft. Dieses Antriebselement trägt eine Verzahnung, welche sowohl mit dem Spannritzel als auch mit dem Schwenkritzel kämmt.

Erfindungsgemäß ist jedoch der mit dem Schwenkritzel kämmende Teil der Verzahnung kürzer als der mit dem Spannritzel kämmende Teil.

Außerdem trägt das Antriebselement den anderen Teil einer Verriegelungsvorrichtung.

Bei einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist der von der Welle getragene Teil der Verriegelungsvorrichtung als eine konzentrisch zu derselben angeordnete Scheibe ausgebildet, die in ihren dem Antriebselement zugewandten Umfangsbereich eine Abflachung aufweist, welche parallel zur Bewegungsrichtung des Antriebselementes verläuft. Die Antriebseinrichtung trägt und bewegt den anderen Teil der Verriegelungsvorrichtung, der eine Fläche aufweist, welche durch die translatorische Bewegung der Antriebsvorrichtung an der Abflachung der Scheibe zur Anlage bringbar ist und diese gegen Rotation verriegelt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Mittenschnitt durch die Spannvorrichtung,

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie in Fig. 1.

Die Welle 1 trägt das Spannelement 2, welches im gespannten Zustand der Vorrichtung an der Anlagefläche 3 des Werkstückträgers 4 anliegt. Auf das Gewinde 5 der Welle 1 ist ein Spannritzel 6 aufgeschraubt, dessen Verzahnung 7 mit der Verzahnung 8.1 des Antriebselementes 9 kämmt. Das Spannritzel 6 ist mit Hilfe des Lagers 10 drehbar im Grundkörper 11 der Spannvorrichtung abgestützt. Lager 12 und Lager 13 führen die Welle 1 im Grundkörper 11. Die Welle 1 trägt des weiteren das drehfest mit ihr verbundene Schwenkritzel 14, das mit der Verzahnung 8.2 des Antriebselementes 9 kämmt. Weiterhin ist drehfest mit der Welle 1 die Scheibe 15 verbunden, welche als Teil A der Verriegelungsvorrichtung die Fläche 16 aufweist. Teil B der Verriegelungsvorrichtung ist als Richtleiste 17 ausgebildet und trägt die Fläche 18. In der Stirnseite der Welle 1 ist mittig ein Stützzapfen 19 angeordnet, der über eine Druckfeder 20 die Welle 1 abstützt.

Fig. 2 zeigt im wesentlichen einen Schnitt durch das Antriebselement 9. Es ist erkennbar, daß dasselbe als hydraulischer Linearmotor in der Ausführung Arbeitszylinder 21 mit beidseitiger Kolbenstange 22; 23 und Scheibenkolben 24 ausgeführt ist.

Die Kolbenstange 22; 23 ist beiderseits im Grundkörper 11 festgelegt, so daß bei Beaufschlagung des Linearmotors der Arbeitszylinder 21 bewegt wird. Dieser trägt eine Zahnstange 25, welche mit der Verzahnung 8.1 und 8.2 (Fig. 1) versehen ist, und die Richtleiste 17.

Zur Beschreibung der Funktion dieser Spannvorrichtung ist zunächst darauf hinzuweisen, daß der linke Teil der Fig. 1 die Spannvorrichtung im gespannten Zustand zeigt und der rechte Teil die entspannte Stellung, jedoch mit in Spannstellung geschwenktem Spannelement 2, darstellt.

Der Funktionsablauf ist im allgemeinen folgender:
Im Ruhezustand ist das Spannelement 2 so um die Achse 1 geschwenkt, daß es sich nicht im Bereich der Anlagefläche 3 des Werkstückträgers 4 befindet und ein solcher ungehindert zu- oder weggeführt werden kann.

Die Bewegungsrichtung des Werkstückträgers 4 kann dabei, je nach Ausführungsform der Werkstückwechseleinrichtung, in vertikaler oder horizontaler Richtung erfolgen.

Das Ausführungsbeispiel zeigt als Werkstückträger 4 eine DIN-Palette mit Untergriff, die bei weggeschwenktem Spannelement 2 vertikal bewegt werden kann.

Ist ein Werkstückträger 4 mit zu bearbeitendem Werkstück der Spannvorrichtung übergeben worden, dann wird der Arbeitszylinder 21 aktiviert und in translatorische Bewegung versetzt. Über sein Zahnstange 25 und deren Verzahnung 8.1; 8.2 bewegt er sowohl das Spannritzel 6 als auch das Schwenkritzel 14. Letzteres ist drehfest mit der Welle 1 verbunden und schwenkt diese daher so lange, wie die Zahnstange 25 mit dem Schwenkritzel 14 in Eingriff ist. Bei dieser Drehbewegung wird auch die ebenfalls drehfest mit der Welle 1 verbundene Scheibe 15 gedreht. Dabei wird ihre Fläche 16 in eine parallele Lage zur Fläche 18 der Richtleiste 15 geschwenkt. Gleichzeitig wird mit dieser Bewegung des Arbeitszylinders 21 die Richtleiste 15 achsparallel zu demselben bewegt. Mit Stillstand des Schwenkritzels 14 liegt bereits ein Teilstück der Fläche 18 der Richtleiste 17 an der Fläche 16 der Scheibe 15 an und sichert die Lage der Welle 1 und damit des Spannelementes 2, welches nun die in Fig. 1 rechte Hälfte gezeigte Lage erreicht hat. Diese Lage zeigt auch Fig. 2, rechte Seite.

In dieser Stellung kommen Schwenkritzel 14 und Zahnstange 25 außer Eingriff, da der mit dem Schwenkritzel 14 kämmende Teil 8.2 der Verzahnung der Zahnstange 25 beendet ist. Die translatorische Bewegung des Arbeitszylinders 21 geht jedoch weiter und damit, über den Teil 8.1 der Verzahnung der Zahnstange 25, die Drehbewegung des Spannritzels 6. Da dieses über das Lager 10 am Grundkörper 11 der Spannvorrichtung abgestützt ist, und die Welle 1, wie dargestellt, gegen Drehung gesichet ist, verursacht seine Drehung über das Gewinde 5 eine axiale Bewegung der Welle 1, in diesem Falle in Fig. 1 nach unten, so daß das Spannelement 2 an der Anlagefläche 3 des Werkstückträgers 4 zur Anlage kommt. Die Steigung des Gewindes 5 ist so gewählt, daß die erwünschte Spannkraft übertragen werden kann. Nach Erreichen derselben wird der Arbeitszylinder 21 über nicht dargestellte bekannte Mittel stillgesetzt. Da das Gewinde 5 erfindungsgemäß eine Steigung im Bereich der Selbsthemmung aufweist, könnte nun auch der Druck im Arbeitszylinder 21 wegfallen, ohne daß die Spannkraft des Spannelementes 2 nachläßt. Es ist jetzt die in Fig. 1 linke Seite dargestellte Lage der Elemente der Spannvorrichtung erreicht.

Das Entspannen und Freigeben des Werkstückträgers 4 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge der dargestellten Schrittfolge. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung baut relativ niedrig, da die translatorische Bewegung, von der aufgabengemäß Hub- und Schwenkbewegung abgeleitet werden, orthogonal zur Schwenkachse verläuft. Die optimale Kraftübertragung ist über das Gewinde 5 mit geringer Steigung ermöglicht und da dessen Steigung im Bereich der Selbsthemmung liegt, ist das Spannen des Werkstückträgers 4 auch sicher, weil bei Wegfall des Hydraulikdruckes die Spannkraft zwischen Spannelement 2 und Werkstückträger 4 erhalten bleibt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Welle
2 Spannelement
3 Anlagefläche
4 Werkstückträger
5 Gewinde
6 Spannritzel
7 Verzahnung des Spannritzels
8.1 Verzahnung des Antriebselementes
8.2 Verzahnung des Antriebselementes
9 Antriebselement
10 Lager
11 Grundkörper der Spannvorrichtung
12 Lager
13 Lager
14 Schwenkritzel
15 Scheibe
16 Fläche
17 Richtleiste
18 Fläche
19 Stützzapfen
20 Druckfeder
21 Arbeitszylinder
22 Kolbenstange
23 Kolbenstange
24 Scheibenkolben
25 Zahnstange

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Spannen eines Werkstückträgers, der Anlage­ flächen für ein zur Spannvorrichtung gehörendes Spannelement aufweist, welches mit einer axial- und drehbeweglich angeordne­ ten Welle verbunden ist, die über einen gewissen Bereich ihrer Länge ein Gewinde trägt, gekennzeichnet dadurch, daß das Gewinde (5) einen Steigungswinkel aufweist, der im Bereich der Selbsthemmung liegt und ein im Grundkörper (11) der Spannvorrichtung drehbar abgestütztes Spannritzel (6) trägt und daß die Welle (1) des weiteren ein drehfest mit ihr verbundenes Schwenkritzel (14) sowie drehfest einen Teil (A) einer Verriegelungsvorrichtung trägt, deren anderer Teil (B) mit einem translatorisch bewegbaren orthogonal zur Achse der Welle (1) angeordneten im Grundkörper (11) der Spannvorrichtung gelagerten Antriebselement (9) verbunden ist, welches eine mit dem Spannritzel (6) und dem Schwenkritzel (14) kämmende Verzahnung (8.1; 8.2) aufweit, deren mit dem Schwenk­ ritzel (14) kämmender Teil (8.2) kürzer ist als der mit dem Spannritzel (6) kämmende Teil (8.1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Teil (A) der Verriegelungsvorrichtung als Scheibe (15) ausgebildet ist, welche eine orthogonal zur Achse der Welle (1) und parallel zur Bewegungsrichtung des Antriebselemen­ tes (9) verlaufende Fläche (16) aufweist, an welcher eine Fläche (18) des mit dem Antriebselement (9) verbundenen ande­ ren Teiles (B), welcher als Richtleiste (17) ausgebildet ist, zeitweilig anliegt.