DE10122533A1

DE10122533A1 - Gelenksupport

Info

Publication number: DE10122533A1
Application number: DE10122533A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Eiden
Original assignee: Eiden & Schmidt GmbH
Current assignee: Eiden & Schmidt GmbH
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Ein Gelenksupport, insbesondere zur Fixierung von Werkstücken in Montage- und Schweißvorrichtungen oder Messaufnahmen, weist wenigstens zwei gelenkig verbundene Arme (2, 3), die über Kugelköpfe (4, 5) in Gelenkschalen (8, 9) derart gelagert sind, dass sie relativ zu diesen verschwenkbar sind, und einen Achsbolzen (7) auf, über den die Gelenkschalen (8, 9) relativ zueinander verschwenkbar sind. Die Gelenkschalen (8, 9) sind über Klemmmittel (22) mit den Kugelköpfen (4, 5) und miteinander verriegelbar. Zur Gewährleistung einer hohen Klemmkraft und zum Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen ist den Armen (2, 3) jeweils ein Klemmsegment (23, 24) zugeordnet, welches verschieblich auf dem Achsbolzen gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gelenksupport, insbesondere zur Fixierung von Werkstücken in Montage- und Schweißvorrichtungen oder Messaufnahmen, mit wenigstens zwei gelenkig verbundenen Armen, die über Kugelköpfe in Gelenk schalen derart gelagert sind, dass sie relativ zu diesen verschwenkbar sind, und mit einem Achsbolzen, über den die Gelenkschalen relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die Gelenkschalen über Klemmmittel mit den Kugel köpfen und miteinander verriegelbar sind.

Im Maschinenbau ist es häufig erforderlich, Werkstücke zur Bearbeitung bspw. in Montage- und Schweißvorrichtungen oder zum Vermessen frei im Raum auf zuspannen. Hierbei ist es wichtig, dass die Werkstücke, bspw. Bleche oder Kunststoffteile eine genau definierte Lage im Raum einnehmen, um die korrekte Bearbeitung oder Vermessung zu ermöglichen. Bei in Großserien hergestellten Teilen werden solche Werkstückaufnahmen häufig durch fest installierte Anord nungen gebildet, die entsprechend dem zu fixierenden Werkstück ausgebildet sind. Dies erfordert jedoch eine hohe Genauigkeit beim Aufbau der Werkstück aufnahmen und lässt sich bei der Bearbeitung von Kleinserien oder gar Einzel teilen zu vernünftigen Kosten nicht realisieren. Daher sind auch als Gelenkstativ bezeichnete Gelenksupports bekannt, über die sich die Werkstückaufnahme im Wesentlichen beliebig im Raum orientieren lässt, so dass sie an unterschiedli che Werkstückformen anpassbar ist.

Die DE 24 19 637 A1 beschreibt ein solches Gelenkstativ, bei dem zwei auf ei nem gemeinsamen Achsbolzen in axialem Abstand zueinander angeordnete gelenkig verbundene Arme vorgesehen sind. Auf dem Achsbolzen sind ein fes ter und ein relativ dazu bewegbarer Klemmkonus vorgesehen, die jeweils einem der Arme zugeordnet sind und sowohl für die Einleitung von Klemmkräften zur Fixierung der Kugelköpfe als auch für die Fixierung der Arme herangezogen werden. Hierbei müssen jedoch die Bauteile des Gelenkstativs und der Klemm mittel mit hoher Genauigkeit ausgeführt sein, damit die gewünschte Klemmwir kung an allen Klemmstellen eintritt. Auch bereitet die Krafteinleitung Probleme, weil die Kraftübertragung von in das Stativ eingeleiteten äußeren Kräften nicht drehmomentenfrei erfolgt. Ein ähnliches Problem stellt sich bei einem aus der DE 40 11 178 C2 bekannten Gelenkstativ, bei dem hydraulische Klemmmittel vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Gelenksupport bereitzustellen, der eine hohe und zuverlässige Spannkrafter zeugung erlaubt.

Diese Aufgabe wird im Wesentlichen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass den Armen jeweils ein verschieblich auf dem Achsbolzen gelagertes Klemmsegment zugeordnet ist. Durch die getrennt zueinander sowie relativ zu dem Achsbolzen verschiebbar angeordneten Klemmsegmente werden fertigungsbedingte Toleranzen ausgeglichen, so dass an allen Klemmstellen eine zuverlässige Klemmung gewährleistet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmsegmente und die Kugelköpfe im Wesentlichen zueinander fluchtend ent lang einer gemeinsamen Wirklinie anordbar sind. Hierdurch wird eine drehmo mentenfreie Kraftübertragung ermöglicht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Klemmsegmente im wesentlichen symmetrisch, halbschalenförmig ausgebildet und umgreifen den Achsbolzen radial. Hierdurch wird die Montage vereinfacht und eine zuverlässige Kraftübertragung auf die zugeordneten Kugelköpfe er möglicht. Erfindungsgemäß weisen die Klemmsegmente eine radial äußere ke gel-, keil-, bogen- oder kugelförmige Klemmfläche zur getriebeartigen Umwand lung einer bspw. in Axialrichtung - parallel zu der Gelenkachse - aufgebrachten Spannkraft in eine resultierende Klemmkraft mit einer radial gerichteten Klemm kraftkomponente und einer axial gerichteten Klemmkraftkomponente auf. Die resultierende Klemmkraft steht rechtwinklig (normal) auf der Klemmfläche, wo bei die radiale Klemmkraftkomponente für die Fixierung der Kugelköpfe heran gezogen wird und die axial gerichtete Klemmkraftkomponente der Fixierung der beiden Arme relativ zueinander dient.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, die Klemmsegmente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zu versehen. Ein verringerter Neigungswin kel bewirkt eine erhöhte Klemmkrafteinleitung an dem betroffenen Kugelkopf, weil die auf den Kugelkopf einwirkende resultierende Kraft (erhöhter Radial kraftanteil) größer ist. Mit anderen Worten können die von benachbarten Klemmsegmenten erzeugten Klemmkräfte in einem bestimmten Verhältnis zu einander abgestuft vorgesehen werden.

Um einen vergrößerten Verschwenkbereich eines Armes zu ermöglichen, kann ein, einem Kugelkopf zugeordnetes Klemmsegment so ausgebildet sein, dass es den größten Teil des Achsbolzens umgreift. Das andere Klemmsegment weist einen entsprechend reduzierten Umschlingungswinkel für den Achsbolzen auf. Auf diese Weise lässt sich der betroffene Arm um das Maß des vergrößer ten Umschlingungswinkels weiter verschwenken, als bei einer halbschalenför migen Ausbildung der Klemmsegmente.

Um ein Verdrehen der Klemmsegmente um den Achsbolzen zu vermeiden, grei fen die Klemmsegmente vorzugsweise mit Stiften in eine Nut des Achsbolzens ein. Die axiale Beweglichkeit der Klemmsegmente bleibt hierdurch gewährleis tet.

In Weiterbildung der Erfindung ist jedem Klemmsegment ein Übertragungskör per zugeordnet, über den die in axialer und radialer Richtung erzeugten Klemm kräfte an die gewünschte Klemmstelle weitergeleitet werden. Die Übertragungs körper wirken mittelbar oder unmittelbar auf die Kugelköpfe und/oder auf die Gelenkschalen. Die Klemmkraftübertragung wird hierbei vorzugsweise dadurch unterstützt, dass die Übertragungskörper über eine der Klemmfläche der Klemmsegmente angepasste Anlagefläche an den Klemmsegmenten anliegen.

Andererseits greifen die Übertragungskörper vorzugsweise über eine Kalotte an dem Kugelkopf an, um auch an dieser Stelle eine zuverlässige Kraftübertragung und Zentrierung zu gewährleisten.

Wenn zwischen Kalotte und Übertragungskörper eine Tellerfeder vorgesehen ist, ermöglicht dies die Erzeugung einer gewissen Klemmkraft im Bereich des Kugelkopfes, um eine Positionierung im Rahmen eines Einstellvorganges zu ermöglichen, selbst wenn das System spannkraftfrei ist.

Die Spannkraft wird erfindungsgemäß über eine Gewinde-Mutter-Anordnung aufgebracht, wobei eine Spannmutter auf ein an dem Achsbolzen vorgesehenes Gewinde aufgeschraubt ist.

Die Spannmutter greift erfindungsgemäß über ein Druckstück an den Klemm segmenten an, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Druckstück relativ zu den Klemmsegmenten verschwenkbar ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Klemmkraft gleichmäßig auf beide Arme übertragen wird, da das Druckstück die Klemmsegmente unabhängig voneinander ver schiebt bis der mit dem jeweiligen Klemmsegment in Kontakt stehende Übertra gungskörper die Fertigungstoleranzen überwunden hat und das Kugelgelenk zuverlässig klemmt.

Um das Verschwenken des Druckstückes zu erleichtern, ist erfindungsgemäß zwischen Spannmutter und Druckstück eine Kugelpfanne vorgesehen.

Durch die Teilung der Klemmkraft in eine radiale und eine axiale Kraftkompo nente werden auch die beiden Gelenkschalen gegeneinander gespannt, so dass alle Achsen des Gelenksupports mit absoluter Zuverlässigkeit festgespannt werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein erstes Federelement vorgesehen, das die Klemmsegmente in Klemmrichtung beaufschlagt, wenn das System spannkraftfrei ist. Hierdurch wird auch ohne das Einleiten von Spann kräften über die Spannmutter bereits eine gewisse Klemmwirkung erzeugt, so dass die Arme und die Kugelköpfe in einer eingestellten Winkelstellung verhar ren und Einstell- und Anpassvorgänge einfach durchgeführt werden können.

In Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens ist das Federelement in einem Distanzkörper vorgesehen, über welches die Spannmutter an dem Druckstück angreifen kann. Wenn die über die Spannmutter aufgebrachte Spannkraft die Rückstellkraft des Federelementes überwunden hat, greift die Spannmutter über den Distanzkörper an dem Druckstück an, so dass ein festes Verspannen ohne Federelastizität ermöglicht wird. Der Distanzkörper kann gleichzeitig der Lage rung des Achsbolzens in den Gelenkschalen dienen.

In Weiterbildung der Erfindung ist außerdem ein zweites, dem ersten Federele ment entgegen wirkendes Federelement vorgesehen, mit dem die Klemmseg mente in Löserichtung beaufschlagbar sind. Die Wirkung dieses zweiten Feder elementes tritt bevorzugt erst ein, wenn Spannkräfte eingeleitet wurden, und bewirkt einen selbstlösenden Effekt, wenn die Spannkraft der Spannmutter zu rückgenommen wird.

Erfindungsgemäß werden die Kugelköpfe an den Gelenkschalen über Lager schalen und Haltedeckel gehalten, welche die Kugelköpfe zwischen sich auf nehmen. Die Haltedeckel weisen vorzugsweise eine oder mehrere Aussparun gen auf, die es erlauben, die Kugelköpfe mit den Armen um mindestens 90° zu verschwenken. Die Haltedeckel sind zudem um mindestens 360° um die eigene Achse drehbar. Hierdurch wird ein maximaler Verstellbereich der Arme sicher gestellt.

Eine zuverlässige und dauerhafte Fixierung der beiden Arme in einer bestimm ten Winkelstellung zueinander wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass zwischen den verschwenkbaren Elementen, insbesondere den Gelenk schalen, den Kugelköpfen und der Spannmutter, Sicherungselemente, insbe sondere Stifte, vorgesehen werden. Hierdurch können nicht nur auf den Gelenk support wirkende Kräfte aufgenommen sondern auch sichergestellt werden, dass die eingestellte Spannposition reproduzierbar wieder aufgebaut werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gelenk supports mit diametral auseinandergereckten Armen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Gelenksupports in verschwenkter Stellung,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 ohne Werkstück spannvorrichtung,

Fig. 5 eine Einzelheit von Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 vergrößert zwei einander zugeordnete Klemmsegmente,

Fig. 7 schematisch eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungs form, und

Fig. 8 vergrößert zwei einander zugeordnete Klemmsegmente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Gelenksupport 1 dient bspw. dem Halten von Werkstücken zu Mess- oder Bearbeitungszwecken und verfügt über einen ersten Arm 2 und einem zweiten Arm 3, die in einer definier ten Winkelstellung lösbar verriegelbar sind. An den Armen oder Zapfen 2, 3 sind Kugelköpfe 4 bzw. 5 vorgesehen, die eine Verdrehung der Arme 2, 3 um deren Längsachse sowie das Verschwenken der Arme 2, 3 in eine gewünschte Win kelstellung ermöglichen. Die Kugelköpfe sind ausgehend von einer unver schwenkten Position (Fig. 1) um mindestens 90° verschwenkbar und um min destens 360° verdrehbar gelagert. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch mehr als zwei Arme 2, 3 im Bereich einer Gelenkstelle vorgesehen sein können, ohne die Erfindung zu verlassen.

Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist an dem unteren Arm 3 ein Fuß befestigt, wel cher mit einem Aufnahmekörper 6 verschraubt ist. Der Aufnahmekörper 6 ist bspw. an einer Werkzeugmaschine, einer Vorrichtung oder einem Fundament fixierbar.

An einem zentralen Gelenkteil ist ein die Verschwenkachse bildender Achsbol zen 7 vorgesehen, der zwei Gelenkschalen 8, 9 zueinander verschwenkbar la gert.

Die beiden Kugelköpfe 4, 5 werden an den Gelenkschalen 8, 9 über Lagerscha len 10, 11 sowie Haltedeckel 12, 13 gehalten. Die Haltedeckel 12, 13 sind relativ zu der zugehörigen Gelenkschale 8, 9 um mindestens 360° verdrehbar, in Radi alrichtung bezogen auf die Gelenkachse des Achsbolzens 7 aber an der jeweili gen Gelenkschafe 8, 9 festgelegt. Dies erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform über eine mit dem zugehörigen Haltedeckel 12, 13 verbundene Klammer 14, 15, die mit einem flanschförmigen Ende 16, 17 verdrehbar einen Vorsprung der Lagerschalen 10, 11 hintergreift. Anstelle der flanschförmigen Enden 16, 17 können auch Eingriffsnocken, Zapfen oder dgl. vorgesehen sein. Hierdurch wird eine leichtgängige Verdrehbarkeit der Haltedeckel 12, 13 zu sammen mit den Klammern 14, 15 gewährleistet.

Um einen vergrößerten Schwenkbereich der Kugelköpfe 4, 5 zu ermöglichen, verfügt jeder Haltedeckel 12, 13 über wenigstens eine Ausnehmung 52, so dass der jeweilige Arm 2, 3 mit einem kugelkopfseitigen Zapfenabschnitt um wenigs tens 90° in die Ausnehmung 52 einschwenkbar ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass bspw. mit einer armendseitig angebrachten Werkstückspannvorrichtung 53 jeder beliebige Punkt im Raum erreicht werden kann. Die Lagerschalen 10, 11 greifen über Stutzen 18, 19 in eine Bohrung der Gelenkschalen 8, 9 ein und sind über Befestigungsmittel 20, 21, vorzugsweise Schrauben mit einem Zentrierko nus, lösbar sowie austauschbar an der jeweiligen Gelenkschale 8, 9 befestigt.

Wie insbesondere den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, verfügt das Gelenk stativ 1 ferner über Klemmmittel 22 für die gleichzeitige lösbare Fixierung der Arme 2, 3 sowie der Kugelköpfe 4, 5 in einer gewünschten Dreh- und /oder Win kelstellung. Zu diesem Zweck ist jedem Arm 2, 3 ein Klemmsegment 23, 24 zu geordnet, welches der Erzeugung von getriebeartig verstärkten Klemmkräften dient und zumindest mittelbar auf die genannten Bauteile einwirkt. Die Klemm segmente 23, 24 sind relativ zueinander sowie relativ zu dem Achsbolzen 7 ver schiebbar und sie sind ferner zusammen mit den Kugelköpfen 4, 5 zueinander fluchtend entlang einer gemeinsamen Wirklinie 25 anordbar (Fig. 4). Der Ge lenksupport 1 ist somit im Bereich des Gelenks weitgehend symmetrisch zu der Gelenkachse 7 und der Wirklinie 25 ausgebildet.

Wie insbesondere der Fig. 6 zu entnehmen ist, sind die Klemmsegmente 23, 24 weitgehend zueinander symmetrisch sowie halbschalenförmig und umgreifen den Achsbolzen 7 radial von außen. Jedes Klemmsegment 23, 24 weist eine im wesentlichen zylindrische Gleitfläche 26, 27 auf, mit der es axial bewegbar auf dem Achsbolzen 7 geführt wird. Darüber hinaus sind Bohrungen vorgesehen, in die Stifte 28, 29 eingesetzt sind, welche jeweils in eine axiale Nut 30, 31 des Achsbolzens 7 eingreifen und bei gegebener Axialbeweglichkeit eine Verdrehsi cherung bewirken. Radial außen verfügt jedes Klemmsegment 23, 24 über eine kegel- oder keilförmige Klemmfläche 32, 33 für die Erzeugung von Klemmkräf ten, welche eine radial gerichtete sowie eine axial gerichtete Kraftkomponente aufweisen. Die resultierende Klemmkraft K_Kr steht jeweils senkrecht auf den Klemmflächen 32, 33, wie dies in Fig. 5 exemplarisch verdeutlicht ist.

Den Fig. 7 und 8 sind Ausführungsformen von Klemmsegmenten 57, 58 zu ent nehmen. Aus Fig. 7 geht hervor, dass die Klemmsegmente 57, 58 unterschiedli che Neigungswinkel (α₁, α₂) aufweisen, und dass der Neigungswinkel α₂ des zweiten Klemmsegmentes 58 geringer ist als der Neigungswinkel α₁, des ersten Klemmsegmentes 57. Weil sich mit einem verringerten Neigungswinkel eine vergrößerte Resultierende (vergrößerte Radialkraftkomponente) einstellt, führt dies zu einer verstärkten Klemmkraft an dem Kugelkopf 5. Beispielwerte für die Neigungswinkel sind α₁ = 45° und α₂ = 20°.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Klemmsegmente 57, 58 (Fig. 8) umgreift ein Klemmsegment 57 den überwiegenden Umfangsteil des Achsbolzens 7. Das Klemmsegment 58 ist lediglich als Einschub für das Klemmsegment 57 vorge sehen. Dadurch wird ein vergrößerter Verstellbereich desjenigen Armes 2 be wirkt, welcher durch das vergrößerte Klemmsegment 57 fixierbar ist.

Für die Übertragung der Klemmkräfte sind Übertragungskörper 34, 35 vorgese hen, welche mit einem vorzugsweise an die Form der Klemmflächen angepass ten Ende auf den Klemmflächen 32, 33 aufliegen, und mit ihrem anderen, arm seitigen Ende mittelbar oder unmittelbar auf den Kugelkopf 4, 5 einwirken. Die Übertragungskörper 34, 35 sind in radial gerichteten Führungsausnehmungen 36, 37 der Gelenkschalen 8, 9 bewegbar geführt. Bspw. verfügen die Übertra gungskörper 34, 35 über einen zylindrischen Querschnitt und die Führungsaus nehmungen 36, 37 sind als Bohrungen ausgeführt. Die Übertragungskörper 34, 35 greifen über Kalotten 38, 39 an den Kugelköpfen 4, 5 an, um eine gleichmä ßige und zentrierte radiale Kraftübertragung zu gewährleisten. Die axiale (paral lel zu der Gelenkachse 7 gerichtete) Klemmkraftkomponente wird durch die Übertragungskörper 34, 35 auf die Gelenkschalen 8, 9 übertragen und dient zum kraftschlüssigen (reibschlüssigen) Zusammenpressen derselben.

Der Achsbolzen 7 ist in den Gelenkschalen 8, 9 einerseits in einer Bohrung ge lagert (Seite A), wobei er sich über einen Absatz an einer Ausnehmung in der Gelenkschale 9 abstützt. An seinem anderen Ende (Seite B) ist der Achsbolzen 7 über einen verschieblichen Distanzkörper 43 in einer Bohrung der Gelenk schalen 8, 9 gelagert.

Für die Erzeugung der Spannkräfte dienen bspw. mechanische oder hydrauli sche Mittel. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Spannkraft über eine Gewinde-Mutteranordnung aufgebracht. Zu diesem Zweck ist eine Spannmutter 41 auf ein am Achsbolzen 7 (Seite B) ausgebildetes Gewinde 40 aufgeschraubt. Dadurch ergibt sich eine getriebeartige Kraftübersetzung, wel che durch die Getriebewirkung der Klemmsegmente 23, 24 (Schiefe - Ebene) noch verstärkt wird. Somit reichen vergleichsweise geringfügige, über die Mutter 41 eingebrachte Spannkräfte F3 aus, um an den Klemmstellen eine hohe Klemmkraft zu bewirken. Beim Spannen (Bewegen der Spannmutter 41 in der Zeichnung nach links) greift die Spannmutter 41 an dem Distanzkörper 43 an und verschiebt dieses nach links bis es über eine Kugelpfanne 44 an einem Druckstück 45 angreift, welches auf die beiden Klemmsegmente 23, 24 einwirkt. Die Kugelpfanne 44 bewirkt eine gelenkige Anordnung des Druckstücks 45 rela tiv zu den Klemmsegmenten. Das Druckstück 45 stellt sich automatisch so ein, dass ein Ausgleich zwischen den auf die beiden Klemmsegmente 23, 24 ausge übten Spannkräften erfolgt. Dieser Ausgleich erstreckt sich bei grundsätzlich gleichen Axialkraftkomponenten insbesondere auf den Radialkraftanteil der Klemmkräfte F_Kr. Die Klemmsegmente verschieben sich nach dem Aufbringen der Spannkraft unabhängig voneinander, bis die in dem System vorliegenden Fertigungstoleranzen (bspw. Länge der Übertragungskörper 34, 35) überwun den sind, und die Klemmwirkung an den Kugelköpfen 4, 5 durch Verspannen gegen die Haltedeckel 12, 13 eintritt. Hierdurch wird zuverlässig ausgeschlos sen, dass ein bereits festgeklemmter Kugelkopf 4, 5 durch zusätzlich aufge brachte Klemmkräfte beschädigt wird oder dass der jeweils andere Kugelkopf 4, 5 toleranzbedingt nach frei beweglich ist.

Zur Bildung einer spannmutterseitigen definierten Krafteinleitungsfläche oder -ebene an den Klemmsegmenten 23, 24 ist eine statisch bestimmte Drei punktauflage mit Hilfe von drei in regelmäßigem Abstand zueinander auf den Klemmsegmenten 23, 24 verteilten Zylinderstiften 46 vorgesehen. Zusammen mit der taumelscheibenartigen Lagerung des Druckstücks 45 ergibt sich somit eine definierte, ausgeglichene Krafteinleitung mit reduziertem Einfluss von ferti gungsbedingten Toleranzen.

Wie besonders deutlich aus Fig. 5 hervorgeht, ist in einen rohrförmigen Vor sprung des Distanzkörpers 43 ein erstes Federelement 47 eingesetzt, welches selbst in einem spannkraftfreien Zustand unter einer elastischen Vorspannkraft steht. Dadurch wird auch in spannkraftfreiem Zustand eine gewisse Klemmkraft aufrecht erhalten, welche die Arme 2, 3 und die Kugelköpfe 4, 5 in Position hält, so dass das Stativ zumindest nicht alleine aufgrund des Eigengewichtes zu sammenfällt. Dadurch ist es möglich, den Gelenksupport einfach an unter schiedliche Einsatzzwecke anzupassen, und die Arme in die gewünschte Positi on zu bringen, in der diese sodann vorläufig und selbsttätig verharren. Zur end gültigen Festlegung kann dann die zusätzliche Spannkraft über die Spannmutter 41 aufgebracht werden.

Ergänzend zu oder auf Wunsch unabhängig von einem Federelement 47 kann zwischen den Kalotten 38, 39 und dem Übertragungskörper 34, 35 eine Teller feder 55, 56 vorgesehen sein, weiche in einem spannkraftfreien Zustand eine gewisse Klemmkraft bewirkt. Dadurch kann jedem Arm 2, 3 eine bestimmte Fi xierungskraft zugeordnet werden, und zwar unabhängig von dem anderen der Arme 2, 3, denn die Federkonstante jeder Tellerfeder 55, 56 kann individuell vorgesehen werden. Einzelheiten einer entsprechenden Anordnung sind der Fig. 7 zu entnehmen. Die Tellerfedern 55, 56 unterstützen den selbstlösenden Effekt der Tellerfeder 48, deren Wirkung der Feder 47 entgegengerichtet ist. Im Rahmen der Klemmkrafterzeugung werden die Tellerfedern 55, 56 vorzugswei se vollständig (auf Blocklänge) zusammengedrückt.

Der Fig. 5 ist darüber hinaus ein zweites Federelement 48 zu entnehmen, wel ches sich einerseits an einer Innenfläche der Gelenkschale 8 und andererseits bei Bedarf über einen zwischengefügten Distanzring 49 an einem spannmutter abgewandten Ende der Klemmsegmente 23, 24 abstützt. Die Wirkrichtung des zweiten Federelementes 48 ist derjenigen des ersten Federelementes 47 ent gegengesetzt und erstreckt sich in Löserichtung der Klemmelemente 23, 24. Bei dem Federelement 48 handelt es sich vorzugsweise um eine Tellerfeder. Es empfiehlt sich ferner, die Wirkung der beiden Federelemente 47, 48 derart ab zustimmen, dass im spannkraftfreien Zustand ausschließlich das erste Feder element 47 wirksam ist. Erst wenn Spannkräfte über den Achsbolzen 7 aufge bracht werden, wird das zweite Federelement 48 belastet, und führt zu einem selbstlösenden Effekt, wenn die Spannkräfte zurückgenommen werden.

Es ist ersichtlich, dass die Wirkung des ersten Federelementes 47 und die Spannkräfte der Gewinde/Mutter-Anordnung in eine Richtung weist, und dass dem die Wirkung des zweiten Federelementes 24 entgegengerichtet ist. Diese entgegengesetzte Wirkung des Federelementes 48 bewirkt einerseits ein selbst tätiges Zurückschieben der Klemmsegmente 23, 24 in einem spannkraftfreien Zustand, so dass eine einfache Handhabung des Gelenksupports 1 möglich ist, und andererseits eine Reduktion der nutzbaren Spannkräfte. Daher wird die Fe dersteifigkeit des Federelementes 48 so gering wie möglich ausgebildet.

Ein zwischen den Gelenkschalen 8, 9 angeordnetes Sicherungselement 50, welches vorzugsweise mit den beiden Gelenkschalen 8, 9 verschraubt und/oder verstiftet ist, dient der Lagesicherung dieser beiden Teile relativ zueinander, selbst wenn große äußere Kräfte auf den Gelenksupport 1 einwirken. Die Siche rung erfolgt vorzugsweise formschlüssig, wobei selbstverständlich auch kraft- oder stoffschlüssige Alternativen denkbar sind.

Es versteht sich, dass auch die Kugelköpfe 4, 5 durch eine Verstiftung 51 - wie in Fig. 4 exemplarisch verdeutlicht - gegenüber den Haltedeckeln 12, 13, den Klammern 14, 15 und/oder den Lagerschalen 10, 11 gesichert werden können. Das gleiche gilt im übrigen auch für die Spannmutter 41, um diese bspw. gegen ungewolltes Lösen zu sichern. Für die Verstiftung können sogenannte Opfer elemente 54 eingesetzt werden, welche sich nur für einen einzigen Sicherungs einsatz eignen und bspw. durch Ausbohren wieder entfernt werden können.

Den Fig. 1 bis 3 ist ferner eine beispielhafte, an dem Arm 2 befestigte, Werk stückspannvorrichtung 53 mit werkstückspezifischen Halte- und Klemmmitteln zu entnehmen. Es versteht sich, dass grundsätzlich jede Art von Halte- oder Werkstückmanipulationsvorrichtung (Greifer, Saugnäpfe oder ähnliche) an dem Arm 2 lösbar befestigbar ist, ohne die Erfindung zu verlassen.

Beim Fixieren eines Bauteils durch die Werkstückspannvorrichtung werden durch die Werkstückspannvorrichtung keine äußeren Spannkräfte in die Gelenk lager eingeleitet, da die äußere Kraft einen Kraftfluss im Auflageelement selbst erzeugt.

Mit dem erfindungsgemäßen Gelenksupport 1 werden bei einfacher Handha bung durch Betätigung der Spannmutter 41 alle Bewegungsachsen über einen zentral angeordneten Klemmmechanismus gleichzeitig geklemmt. Toleranzbe dingtes Passungsspiel wird durch die individuelle Bewegbarkeit der Klemmseg mente 23, 24 systematisch ausgeschlossen.

Bezugszeichenliste

1

Gelenksupport

2

Arm

3

Arm

4

Kugelkopf

5

Kugelkopf

6

Aufnahmekörper

7

Achsbolzen

8

Gelenkschale

9

Gelenkschale

10

Lagerschale

11

Lagerschale

12

Haltedeckel

13

Haltedeckel

14

Klammer

15

Klammer

16

flanschförmiges Ende

17

flanschförmiges Ende

18

Zentrierstutzen

19

Zentrierstutzen

20

Befestigungsmittel

21

Befestigungsmittel

22

Klemmmittel

23

Klemmsegment

24

Klemmsegment

25

Wirklinie

26

Gleitfläche

27

Gleitfläche

28

Stift

29

Stift

30

Nut

31

Nut

32

Klemmfläche

33

Klemmfläche

34

Übertragungskörper

35

Übertragungskörper

36

Führungsausnehmung

37

Führungsausnehmung

38

Kalotte

39

Kalotte

40

Gewinde

41

Spannmutter

43

Distanzkörper

44

Kugelpfanne

45

Druckstück

46

Zylinderstift

47

Federelement

48

Federelement

49

Distanzring

50

Sicherungselement

51

Verstiftung

52

Ausnehmung

53

Werkstückhaltevorrichtung

54

Opferelement

55

Tellerfeder

56

Tellerfeder

57

Klemmsegment

58

Klemmsegment

Claims

1. Gelenksupport, insbesondere zur Fixierung von Werkstücken in Montage- und Schweißvorrichtungen oder Messaufnahmen mit wenigstens zwei gelenkig verbundenen Armen (2, 3), die über Kugelköpfe (4, 5) in Gelenkschalen (8, 9) derart gelagert sind, dass sie relativ zu diesen verschwenkbar sind, und mit ei nem Achsbolzen (7), über dem die Gelenkschalen (8, 9) relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die Gelenkschalen (8, 9) über Klemmmittel (22) mit den Kugelköpfen (4, 5) und miteinander verriegelbar sind, dadurch gekenn zeichnet, dass den Armen (2, 3) jeweils ein Klemmsegment (23, 24; 57, 58) zu geordnet ist, welches verschieblich auf dem Achsbolzen (7) gelagert ist.

2. Gelenksupport nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) und die Kugelköpfe (4, 5) im wesentlichen zu einander fluchtend entlang einer gemeinsamen Wirklinie (25) anordbar sind.

3. Gelenksupport nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) halbschalenförmig sind und den Achsbol zen (7) radial umgreifen.

4. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) eine radial äußere kegel-, keil-, bogen- oder kugelförmige Klemmfläche (32, 33) aufweisen.

5. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Klemmsegmente (23, 24) im Wesentlichen zueinander symmetrisch sind.

6. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) mit Stiften (28, 29) in eine Nut (30, 31) des Achsbolzens (7) eingreifen.

7. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass jedem Klemmsegment (23, 24; 57, 58) ein Übertragungs körper (34, 35) für die Klemmkräfte zugeordnet ist, der mittelbar oder unmittel bar auf die Kugelköpfe (4, 5) einwirkt.

8. Gelenksupport nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungskörper (34, 35) über eine der Klemmfläche (32, 33) angepasste Anlagefläche an dem Klemmsegment (23, 24; 57, 58) anliegt.

9. Gelenksupport nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungskörper (34, 35) über eine Kalotte (38, 39) an dem Kugelkopf (4, 5) angreift.

10. Gelenksupport nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen dem Übertragungskörper (34, 35) und der Kalotte (38, 39) eine Tellerfe der (55, 56) vorgesehen ist.

11. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Achsbolzen (7) ein Gewinde (40) zum Eingriff in eine Spannmutter (41) aufweist.

12. Gelenksupport nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (41) über ein Druckstück (45) an den Klemmsegmenten (23, 24; 57, 58) angreift.

13. Gelenksupport nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (45) relativ zu den Klemmsegmenten (23, 24; 57, 58) verschwenkbar ist.

14. Gelenksupport nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spannmutter (41) und Druckstück (45) eine Kugelpfanne (44) vorgesehen ist.

15. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Federelement (47) vorgesehen ist und die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) in Spannkraftrichtung beaufschlagt.

16. Gelenksupport nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (47) in einem Distanzkörper (43) vorgesehen ist, über welches die Spannmutter (41) an dem Druckstück (45) angreifen kann.

17. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass ein zweites Federelement (48) vorgesehen ist, über das die Klemmsegmente (23, 24; 57, 58) entgegen der Spannkraftrichtung beaufschlag bar sind.

18. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gelenkschalen (8, 9) jeweils eine Lagerschale (10, 11) und einen Haltedeckel (12, 13) für die gelenkige Lagerung des zugeordneten Kugelkopfes (4, 5) aufweisen.

19. Gelenksupport nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltedeckel (12, 13) wenigstens eine seitliche Ausnehmung (52) aufweist und relativ zu der Gelenkschale (8, 9) verdrehbar ist.

20. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen den Gelenkschalen (8, 9) und/oder zwischen ei ner Gelenkschale (8, 9) und der Spannmutter (41) oder zwischen einem Kugel kopf (4, 5) und einer Gelenkschale (8, 9) ein Sicherungselement (50, 51) vorge sehen ist.

21. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die beiden Klemmsegmente (57, 58) unterschiedliche Nei gungswinkel (α₁, α₂) aufweisen.

22. Gelenksupport nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α₂) des zweiten Klemmsegmentes (58) geringer ist, als der Neigungswinkel (α₁) des ersten Klemmsegmentes (57).

23. Gelenksupport nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Klemmsegment (57) den überwiegenden Umfangsteil des Achsbolzens (7) umgreift, und dass das Klemmsegment (58) als Einschub für das Klemmsegment (57) vorgesehen ist.