DE10000661A1 - Kniehebel-Spannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Kniehebel-Spannvorrichtung vorgesehen, die eine nach Art eines fluidbetätigten Arbeiszylinders ausgeführte Betätigungseinrichtung (1) aufweist, die an ihrer vorderen Stirnseite mit einem Lagerungskopf (2) versehen ist. An dem Lagerungskopf (2) ist ein Spannarm (22) verschwenkbar gelagert, der über einen Kniehebelmechanismus (18) mit einer Arbeitseinheit (24) der Betätigungseinrichtung (1) in Antriebsverbindung steht, die durch über eine Steuerventileinrichtung (37) gesteuerte Fluidbeaufschlagung zu einer Linearbewegung veranlaßt werden kann. Die Spannvorrichtung ist unmittelbar mit einer die Erfassung der momentanen Schwenkposition des Spannarmes (22) ermöglichenden Positionserfassungsvorrichtung (44) und mit einer in Stetigventiltechnik ausgeführten, in Abhängigkeit von der erfaßten Schwenkposition betätigbaren Steuerventileinrichtung (37) ausgestattet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kniehebel-Spannvorrichtung, mit einer nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausge­ führten Betätigungseinrichtung, die an ihrer vorderen Stirn­ seite mit einem Lagerungskopf versehen ist, an dem ein Spann­ arm verschwenkbar gelagert ist, der über einen Kniehebelme­ chanismus mit einer Antriebseinheit der Betätigungseinrich­ tung in Antriebsverbindung steht, die durch über eine Steuer­ ventileinrichtung gesteuerte Fluidbeaufschlagung zu einer Li­ nearbewegung veranlaßt werden kann.

Eine Kniehebel-Spannvorrichtung dieser Art geht aus der EP 0 575 888 B1 hervor. Deren Betätigungseinrichtung verfügt über eine sich aus einem Betätigungskolben und aus einer Be­ tätigungsstange zusammensetzenden Antriebseinheit, die über einen Kniehebelmechanismus an einem Spannarm angreift und durch lineare Bewegung eine Schwenkbewegung des Spannarmes hervorrufen kann. Auf diese Weise lassen sich bei einem übli­ chen Einsatz der Kniehebel-Spannvorrichtung Werkstücke nach Wahl festspannen oder zur Handhabung freigeben. Die Linearbe­ wegung der Antriebseinheit wird durch Fluidkraft erzeugt, in­ dem der Betätigungskolben unter Vermittlung einer geeigneten Steuerventileinrichtung im einen oder anderen Richtungssinne mit einem unter Druck stehenden Betätigungsfluid beaufschlagt wird. Die Steuerventileinrichtung ist hierzu in sogenannter Schaltventiltechnik ausgeführt, wobei die momentane Schalt­ stellung die Hubrichtung vorgibt.

Die bekannte Kniehebel-Spannvorrichtung weist insofern Unzu­ länglichkeiten auf, als die Arbeitsgeschwindigkeit nicht be­ einflußt werden kann. Dies führt zu hohen Belastungen der ge­ samten Struktur, wenn die Antriebseinheit mit hartem Aufprall in die Hubendlagen fährt. Auch das zu spannende Werkstück kann beim Spannvorgang Beschädigungen davontragen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zu treffen, die es ermöglichen, die Beanspruchung sowohl der Kniehebel-Spannvorrichtung als auch des zu spannenden Werk­ stückes zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Kniehebel-Spannvor­ richtung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß sie un­ mittelbar mit einer die Erfassung der momentanen Schwenkposi­ tion des Spannarmes ermöglichenden Positionserfassungsein­ richtung und einer in Stetigventiltechnik ausgeführten, in Abhängigkeit von der erfaßten Schwenkposition betätigbaren Steuerventileinrichtung ausgestattet ist.

Auf diese Weise kann zumindest der Spannvorgang, vorzugsweise aber auch der Freigabevorgang der Kniehebel-Spannvorrichtung bedarfsgemäß elektronisch gesteuert vorgenommen werden, wobei durch entsprechende Ansteuerung die Beanspruchung der Struk­ tur der Spannvorrichtung wie auch die Beanspruchung des zu spannenden Werkzeuges auf einem sehr niedrigen Niveau gehal­ ten werden kann. Über die Positionserfassungseinrichtung las­ sen sich Rückschlüsse auf die aktuelle Schwenkposition des Spannarmes ziehen, um dementsprechend eine positionsabhängige Betätigung der Steuerventileinrichtung vorzunehmen, was ins­ besondere die Möglichkeit schafft, den Betätigungsdruck und somit die Betätigungskraft und/oder die Betätigungsgeschwin­ digkeit zu variieren. So kann beispielsweise bei Erreichen des Hubendes die Geschwindigkeit reduziert werden, um die In­ tensität des Aufpralls zu verringern. Die Ausführung der Steuerventileinrichtung in Stetigventiltechnik ermöglicht hierbei eine stetige Regulierung des Volumenstromes mit sehr variablen Einstellmöglichkeiten. Da sowohl die Steuerventil­ einrichtung als auch die Positionserfassungseinrichtung un­ mittelbar an der Kniehebel-Spannvorrichtung vorgesehen sind, ist zudem ein sehr kompakter und montagefreundlicher Aufbau gegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Die Steuerventileinrichtung kann, insbesondere unter Berück­ sichtigung der Einsatzbedingungen der Kniehebel-Spannvorrich­ tung, entweder am Gehäuse der Betätigungseinrichtung oder am Lagerungskopf angeordnet sein. In vergleichbarer Weise kann auch die Positionserfassungseinrichtung wahlweise am Gehäuse der Betätigungseinrichtung oder am Lagerungskopf plaziert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Positi­ onserfassungseinrichtung mit der Antriebseinheit der Betäti­ gungseinrichtung zusammen, wobei sie vorzugsweise am Gehäuse der Betätigungseinrichtung neben dem Hubbereich der An­ triebseinheit plaziert ist und die Steuerventileinrichtung ebenfalls an der Betätigungseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise können alle antriebsseitigen Bestandteile kompakt in der Betätigungseinrichtung zusammengefaßt werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Positionserfassungseinrichtung durch ein an der Antriebsein­ heit vorgesehenes und beispielsweise von einem Permanentma­ gnet gebildetes Aktivierungselement aktiviert. Die Positions­ erfassungseinrichtung erstreckt sich in diesem Falle in Hub­ richtung des Aktivierungselementes zumindest entlang der ma­ ximalen Hubstrecke.

Eine die Positionserfassungseinrichtung und die Steuerventil­ einrichtung koordinierende elektronische Steuereinrichtung kann prinzipiell extern installiert werden, doch bietet sich zum Erhalt einer kompakten und verkabelungsarmen Bauweise ebenfalls eine unmittelbare Anbringung an der Kniehebel- Spannvorrichtung an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung die Seitenansicht einer Kniehebel- Spannvorrichtung bevorzugten Aufbaues, wobei der Bereich der Betätigungseinrichtung im Längsschnitt und der Bereich des Lagerungskopfes teilweise aufgebrochen dargestellt ist.

Die beispielsgemäße Kniehebel-Spannvorrichtung verfügt über eine nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders aufge­ baute längliche Betätigungseinrichtung 1, an deren vorderer Stirnseite ein Lagerungskopf 2 angeordnet ist. Letzerer ist insbesondere über strichpunktiert angedeutete Befestigungs­ schrauben 3 an die vordere Stirnfläche des Gehäuses 4 der Betätigungseinrichtung 1 lösbar angeflanscht.

Das Gehäuse 4 umfaßt beim Ausführungsbeispiel ein rohrförmi­ ges Mittelteil 5, das an den axialen Endbereichen mit einer vorderen und einer rückwärtigen Abschlußwand 6, 7 versehen ist, so daß ein Gehäuse-Innenraum 8 begrenzt wird.

In dem Gehäuse-Innenraum 8 befindet sich ein axial verschieb­ barer Betätigungskolben 12, der den Gehäuse-Innenraum 8 axial in einen vorderen und einen rückwärtigen Arbeitsraum 13, 14 unter Abdichtung unterteilt. Der Betätigungskolben 12 ist zu diesem Zweck am radialen Umfang mit einer ringförmigen Dich­ tungseinrichtung 15 ausgestattet, die dichtend und gleitfähig an der Innenfläche des rohrförmigen Mittelteils 5 anliegt. An dem Betätigungskolben 12 ist koaxial eine Betätigungsstan­ ge 16 festgelegt, beispielsweise durch eine Schraubverbin­ dung, die die deckelartige vordere Abschlußwand 6 unter Ab­ dichtung nach außen hin durchsetzt. Ihr außerhalb des Gehäu­ ses 4 liegender äußerer Endabschnitt 17 steht über einen Kniehebelmechanismus 18 mit einem Spannarm 22 in Antriebsver­ bindung, der am Lagerungskopf 2 um eine Schwenkachse 23 ver­ schwenkbar gelagert ist.

Die Betätigungsstange 16 und der fest mit ihr verbundene Be­ tätigungskolben 12 bilden eine einheitlich linear relativ zum Gehäuse 4 verlagerbare und allgemein mit Bezugsziffer 24 be­ zeichnete Antriebseinheit. Befindet sie sich in der aus der Zeichnung ersichtlichen eingefahrenen Stellung, nimmt der Spannarm 22 eine Freigabestellung ein. Wird die Antriebsein­ heit 24 zu einer linearen Ausfahrbewegung veranlaßt, im Rah­ men derer die Betätigungsstange 16 weiter aus dem Gehäuse 4 ausfährt, erfolgt ein Verschwenken des Spannarmes 22 um die Schwenkachse 23 in eine nicht näher gezeigte Spannstellung, in der er beispielsweise ein zu spannendes Werkstück beauf­ schlagen kann. Die entsprechende Schwenkbewegung des Spannar­ mes 22 sei als Spannbewegung bezeichnet, die entgegengesetzt gerichtete Schwenkbewegung als Freigabebewegung. In der Zeichnung ist die Schwenkbewegung allgemein durch Doppelpfeil 25 verdeutlicht.

Die Umwandlung der linearen Hubbewegung der Antriebseinheit 24 in die rotative Schwenkbewegung des Spannarmes 22 erfolgt unter Vermittlung des erwähnten Kniehebelmechanismus 18. Er verfügt beim Ausführungsbeispiel über einen drehfest mit dem Spannarm 22 verbundenen Schwenkhebel 26, an dem über eine zur Schwenkachse 23 beabstandete erste Lagerstelle 27 ein Zwi­ schenglied 28 angelenkt ist, das desweiteren über eine zur ersten Lagerstelle 27 beabstandete zweite Lagerstelle 32 am äußeren Endabschnitt 17 der Betätigungsstange 16 angelenkt ist. Die Gelenkachsen der beiden Lagerstellen 27, 32 verlau­ fen parallel zur Schwenkachse 23, wobei der Kniehebelmecha­ nismus 18 im Laufe der Arbeitsbewegung im Bereich der ersten Lagerstelle 27 eine Knickvorgang ausführt.

Zur Querabstützung der Betätigungsstange 16 kann diese mit beispielsweise von einer oder mehreren Führungsrollen gebil­ deten ersten Führungsmitteln 33 ausgestattet sein, die an am Lagerungskopf 2 vorgesehenen zweiten Führungsmitteln 34 ent­ langlaufen, welche von einer nutartigen Führungsbahn gebildet sein können.

Die lineare Antriebsbewegung der Antriebseinheit 24 wird durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Betätigungskolbens 12 hervorgerufen. Zu diesem Zweck mündet in jeden der beiden Arbeitsräume 13, 14 ein separater Fluidkanal 35, 36, die bei­ de mit ihrem entgegengesetzten Ende über eine Anschlußöffnung 35', 36' zur Außenfläche des Gehäuses 4 ausmünden. Über die Fluidkanäle 35, 36 erfolgt eine gesteuerte Einspeisung oder Abfuhr eines insbesondere von Druckluft gebildeten Betäti­ gungsfluides in die bzw. aus den Arbeitsräumen 13, 14.

Um die nachfolgend nur verkürzt als Fluidbeaufschlagung be­ zeichnete Einspeisung und Abfuhr des Betätigungsfluides va­ riabel steuern zu können, ist den beiden Fluidkanälen 35, 36 eine Steuerventileinrichtung 37 zugeordnet, die beim Ausfüh­ rungsbeispiel von einem einzigen Steuerventil gebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Anschlußöffnungen 35', 36' benachbart zueinander plaziert und die Steuerventil­ einrichtung 37 ist im Bereich dieser beiden Anschlußöffnungen 35', 36' an das Gehäuse 4 der Betätigungseinrichtung 1 so an­ gesetzt, daß sie mit den beiden Fluidkanälen 35, 36 kommuni­ ziert. Desweiteren steht die Steuerventileinrichtung 37 mit einer Druckquelle P und einer beispielsweise vom Atmosphären­ druck gebildeten Drucksenke R in Verbindung.

Zum Erhalt einer besonders schlanken Bauweise der Kniehebel- Spannvorrichtung sind beim Ausführungsbeispiel die beiden An­ schlußöffnungen 35', 36' und die Steuerventileinrichtung 37 im Bereich der rückwärtigen Stirnseite der Betätigungsein­ richtung 1 angeordnet. Die Steuerventileinrichtung 37 kann wie abgebildet an die Außenfläche der rückwärtigen Abschluß­ wand 7 angeflanscht sein, in der sich auch die Anschlußöff­ nungen 35', 36' befinden.

Bei dieser Bauform mündet der eine Fluidkanal 36 unmittelbar in den benachbarten rückwärtigen Arbeitsraum 14. Der andere Fluidkanal 35 verläuft in der Wandung des Gehäuses 4 radial außerhalb des Gehäuse-Innenraumes 8 zur vorderen Abschlußwand 6, über die er in den vorderen Arbeitsraum 13 ausmündet. Letzteres ist teilweise nur strichpunktiert angedeutet.

Die Steuerventileinrichtung 37 ist in sogenannter Stetigven­ tiltechnik ausgeführt, wobei vorzugsweise auf Proportional­ ventiltechnik zurückgegriffen wird. Dabei ist eine stetige Verlagerung des nicht näher gezeigten Ventilgliedes möglich, um stufenlos unterschiedlichste Steuerstellungen realisieren zu können, die dem Betätigungsfluid variable Strömungsquer­ schnitte zur Verfügung stellen. Zur Betätigung des Ventil­ gliedes ist ein geeigneter, elektrisch betätigbarer Ventilan­ trieb 38 vorgesehen, beispielsweise ein nach dem Tauchanker­ prinzip aufgebauter Elektromagnet, der das Ventilglied pro­ portional zum eingehenden elektrischen Stellsignal 42 posi­ tioniert. Dieses elektrische Stellsignal 42 liefert eine elektronische Steuereinrichtung 43, die in der Zeichnung als abseits von der Spannvorrichtung liegend gezeigt ist, zum Er­ halt einer kompakten und intelligenten Einheit aber auch un­ mittelbar an der Spannvorrichtung und dabei insbesondere am Gehäuse 4 angeordnet sein kann.

In Abhängigkeit von der jeweils vorgegebenen Steuerstellung des Ventilgliedes der Steuerventileinrichtung 37 läßt sich insbesondere stufenlos die Geschwindigkeit der Antriebsbewe­ gung der Antriebseinheit 24 steuern, um einen Spann- und/oder Lösevorgang in elektronisch gesteuerter oder geregelter Weise den jeweiligen Einsatzgegebenheiten anzupassen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, den anfänglichen Abschnitt der Spannbewegung mit hoher Geschwindigkeit auszuführen, um bei Annäherung an die Spannstellung die Geschwindigkeit zu drosseln und den Endaufprall der bewegten Teile zu verringern oder ganz zu verhindern. Dadurch verlängert sich die Lebens­ dauer der Spannvorrichtung und auch das zu spannende Werk­ stück wird geschont.

Um die erwähnte elektronische Steuerung bzw. Regelung des Spannvorganges optimal vornehmen zu können, ist die Kniehe­ bel-Spannvorrichtung ergänzend mit einer Positionserfassungs­ einrichtung 44 ausgestattet. Diese sitzt, wie auch die Steu­ erventileinrichtung 37, unmittelbar an der Kniehebel-Spann­ vorrichtung, wobei sie beim Ausführungsbeispiel an das Gehäu­ se 4 der Betätigungseinrichtung 1 angesetzt ist. Sie ermög­ licht die Erfassung der momentanen Schwenkposition des Span­ narmes 22 und könnte daher auch als Wegmeßsystem bezeichnet werden. Sie ist mit der elektronischen Steuereinrichtung 43 gekoppelt, der sie elektronische Positionssignale 45 übermit­ telt, die der aktuellen Position des Spannarmes entsprechen.

Unter Berücksichtigung eines in der elektronischen Steuerein­ richtung 43 abgelegten und nach Bedarf programmierbaren Steu­ erprogrammes werden auf Basis der eingehenden Positionssigna­ le 45 geeignete Stellsignale 42 generiert, die der Steuerven­ tileinrichtung 37 zugeführt werden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Steuerventileinrichtung 37 in Abhängig­ keit von der erfaßten Schwenkposition des Spannarmes 42 zu betätigen und folglich die Schwenkbewegung 25 des Spannarmes 22 in Abhängigkeit von seiner aktuellen Position variabel zu steuern.

Beim Ausführungsbeispiel arbeitet die Positionserfassungsein­ richtung 44 mit der Antriebseinheit 24 der Betätigungsein­ richtung 1 zusammen. Hierzu ist der Betätigungskolben 12 der Antriebseinheit 24 mit mindestens einem Aktivierungselement 46 ausgestattet, das beispielsweise von einem Permanentmagnet gebildet ist. Letzterer befindet sich in unmittelbarer Nähe der Innenfläche des rohrförmigen Mittelteils 5, wobei die Po­ sitionserfassungseinrichtung 44 mit Bezug zur Längsachse 47 der Antriebseinheit 24 radial beabstandet zu dem Aktivierung­ selement 46 installiert und beispielsweise an die Außenfläche des Gehäuses 4 angesetzt ist. Sie erstreckt sich dabei über die gesamte Länge des möglichen Hubbereiches des Aktivierungs­ elementes 46, so daß dieses in jedweder Axialposition der Antriebseinheit 24 in der Lage ist, die Positionserfassungs­ einrichtung 44 zu beeinflussen. Letztere erzeugt aufbauend darauf ein der momentanen Axialposition entsprechendes Posi­ tionssignal 45, das in der elektronischen Steuereinrichtung 43 entsprechend verarbeitet wird.

Nähere Ausführungen zu den möglichen Arbeitsprinzipien der Positionserfassungseinrichtung 44 erübrigen sich an dieser Stelle, weil jedes gängige System verwendet werden kann. Bei­ spielsweise kann in der Positionserfassungseinrichtung 44 ein unter Strom stehender elektrischer Leiter vorgesehen sein, dessen Magnetfeld im Bereich der momentanen Position des Ak­ tivierungselementes 46 beeinflußt wird, woraus ein Störsignal resultiert, dessen Rücklaufzeit zum Ausgangspunkt ein Maß für die derzeitige Position des Aktivierungselementes 46 und so­ mit des mit dieser bewegungsgekoppelten Spannarmes ist. Posi­ tionserfassungseinrichtungen dieser Art werden häufig auch als Wegmeßsysteme bezeichnet.

Der unmittelbare Anbau der Steuerventileinrichtung 37 und der Positionserfassungseinrichtung 44 an das Gehäuse 4 der Betä­ tigungseinrichtung 1 bewirkt eine kompakte Konzentration der Antriebstechnik auf engstem Raum. Gleichwohl wäre es auch möglich, eine oder beide Einrichtungen alternativ am Lage­ rungskopf 2 zu installieren.

Claims (11)

1. Kniehebel-Spannvorrichtung, mit einer nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausgeführten Betätigungsein­ richtung (1), die an ihrer vorderen Stirnseite mit einem La­ gerungskopf (2) versehen ist, an dem ein Spannarm (22) verschwenkbar gelagert ist, der über einen Kniehebelmechanis­ mus (18) mit einer Antriebseinheit (24) der Betätigungsein­ richtung (1) in Antriebsverbindung steht, die durch über eine Steuerventileinrichtung (37) gesteuerte Fluidbeaufschlagung zu einer Linearbewegung veranlaßt werden kann, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannvorrichtung unmittelbar mit einer die Erfassung der momentanen Schwenkposition des Spannarmes (22) ermöglichenden Positionserfassungseinrichtung (44) und einer in Stetigventiltechnik ausgeführten, in Abhängigkeit von der erfaßten Schwenkposition betätigbaren Steuerventil­ einrichtung (37) ausgestattet ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerventileinrichtung (37) am Gehäuse (4) der Betätigungseinrichtung (1) oder am Lagerungskopf (2) angeord­ net ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionserfassungseinrichtung (44) am Ge­ häuse (4) der Betätigungseinrichtung (1) oder am Lagerungs­ kopf (2) angeordnet ist.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungseinrichtung (44) mit der Antriebseinheit (24) der Betätigungseinrichtung (1) zusammenarbeitet.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungseinrichtung (44) durch ein an der Antriebseinheit (24) vorgesehenes Akti­ vierungselement (46) aktiviert wird.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Aktivierungselement (46) von einem Permanentma­ gnet gebildet ist.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Aktivierungselement (46) an einem Betäti­ gungskolben (12) der Antriebseinheit (24) vorgesehen ist, wo­ bei sich die Positionserfassungseinrichtung (44) zumindest entlang des Hubbereiches des Betätigungskolbens (12) er­ streckt.

8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (37) im Bereich der rückwärtigen Stirnseite der Betätigungseinrich­ tung (1) angeordnet ist.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuereinrich­ tung (43) vorhanden ist, die sowohl mit der Positionserfas­ sungseinrichtung (44) als auch mit der Steuerventileinrich­ tung (37) gekoppelt ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektronische Steuereinrichtung (43) unmittelbar an der Spannvorrichtung angeordnet ist.

11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (37) in Proportionalventiltechnik ausgeführt ist.