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Gattung
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Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
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Stand der Technik
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Kniehebelspannvorrichtungen sind in mannigfaltigen Konstruktionen vorbekannt. Derartige Kniehebelspannvorrichtungen bestehen in der Regel aus einem sogenannten Spannkopf und einer sich daran axial anschließenden Antriebseinheit. Vielfach besitzt diese Antriebseinheit einen Zylinder, in dem ein abwechselnd beidseitig mit Druckmitteldruck, bevorzugt Druckluft, zu beaufschlagender Kolben längsverschieblich und dichtend geführt ist. Der Kolben treibt eine aus dem Druckraum abgedichtet herausgeführte Kolbenstange an, die in den Innenraum eines Spannkopfes eintritt und hier über eine Kniehebelgelenkanordnung und eine gehäusefeste Schwenkachse einen Spannarm schwenkbeweglich antreibt. Anstelle einer Kolben-Zylinder-Einheit kommen auch elektrische Antriebe zur Anwendung.
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Derartige Kniehebelspannvorrichtungen werden in Fertigungsanlagen der Kfz-Industrie vielfältig eingesetzt und dienen zum Beispiel zum Spannen blechförmiger Bauteile, die dann durch Punktschweißen oder durch Kleben oder durch Clinchen dauerhaft miteinander verbunden werden. Gewöhnlich wird eine Vielzahl solcher Kniehebelspannvorrichtungen durch eine Folgesteuerung bedient. Die Kniehebelspannvorrichtungen können dabei im Raum in allen möglichen Stellungen eingebaut werden, oftmals unter beengten Raumbedingungen, was zum Beispiel schon dazu geführt hat, dass man für den Zylinder statt einer kreisrunden Form auch flachovale Zylinder angewendet hat, um derartige Kniehebelspannvorrichtungen auch unter beengten Raumverhältnissen einbauen zu können.
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Relativ kurz bauende Kniehebelspannvorrichtungen sind auch aus der
DE 10 2004 018 195 B4 und aus der
EP 1 231 025 B1 vorbekannt. Bei der letztgenannten Schrift wird zum Antrieb des Spannarms ebenfalls eine durch Druckluft zu beaufschlagende Kolben-Zylinder-Einheit verwendet, während bei der
DE 10 2004 018 195 B4 ein Elektromotor zur Anwendung kommt, der sich aber in manchen Fällen auch im Innenraum des Gehäuses relativ schwer anordnen lässt.
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Aus der
DE 31 37 100 A1 ist eine Spannvorrichtung mit einem Spannglied bekannt, welche durch einen in einem Zylinder, insbesondere Pneumatikzylinder, verschiebbaren, vom Spannglied entkuppeltbaren Antriebskolben über einen Anstellhub und durch ein mechanisches Übersetzungsgetriebe mit großer Kraft über einen Arbeitshub angetrieben wird, wobei das mechanische Übersetzungsgetriebe von schwenkbar gelagerten und mit Rollen aufweisenden Hebeln gebildet ist, deren Rollen mit dem Antriebskolben zusammenwirken, wobei der Arbeitsraum des Zylinders für den Antriebskolben durch einen Deckel abgeschlossen ist und der Deckel als Dämpfungselement ausgebildet ist. Das Übersetzungsgetriebe wird durch zwei gegenüberliegende Winkelhebel gebildet, die um Achsen schwenkbar am Spannglied angelenkt sind und die drehbare innere und äußere Rollen aufweisen. Die äußeren Rollen stützen sich längs der Innenwand eines Zylinders ab, während die Innenrollen auf einer konischen Außenfläche eines Antriebskolbens rollen können. Der Kolben ist abgedichtet in dem Zylinder geführt und teilt dadurch den Zylinderraum in zwei Räume auf, die abgedichtet sind, wodurch auch die beiden Winkelhebel mit den Rollen in einen druckmitteldichten Raum angeordnet sind.
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Aus der
US 2002/0043751 A1 ist eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, vorbekannt, mit einer abwechselnd beidseitig durch ein Druckmittel zu beaufschlagenden Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben über eine Kolbenstange einen Spannarm schwenkbeweglich stufenlos antreibt, wobei der Spannarm durch die Kolbenstange um eine ortsfeste, aber drehbewegliche Schwenkachse über ein Kniehebelgelenk antreibbar ist, das mit der Kolbenstange getrieblich verbunden ist.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in Vergleich zu üblichen durch Druckluft angetriebene Kniehebelspannvorrichtung kompakt und insbesondere kurz bauend auszugestalten, so dass die im Karosseriebau der Kfz-Industrie überall zur Verfügung stehende Druckluft zum Antrieb verwendet werden kann.
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Lösung
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Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile
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Bei der erfindungsgemäßen Kniehebelspannvorrichtung ist kein von der Kolben-Zylinder-Einheit getrennter Spannkopf mehr vorhanden. Vielmehr sind Spannkopf und Antriebseinheit räumlich vereinigt, derart, dass der an sich bisher in einer separaten Baueinheit verwendete Rückhubraum für den Antrieb des Kolbens in den Innenraum des Spannkopfes „verlegt” worden ist, das heißt der Innenraum des Spannkopfes bildet nunmehr einen druckmitteldichten Raum, der als Rückhubraum für den Kolben dient, der über eine Kniehebelgelenkanordnung den Spannhebel antreibt.
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Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre lässt sich die Gesamtlänge einer Kniehebelspannvorrichtung für einen angenommenen Anwendungsfall um 20% bis 45%, vorzugsweise um etwa 25% bis 35%, verkürzen.
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
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Patentanspruch 2 beschreibt eine Kniehebelspannvorrichtung, bei welcher das den Rückhubraum, den bisherigen Spannkopf und das Gehäuse für die Antriebseinheit bildende Gehäuseteil als materialmäßig einstückige Gehäusehälfte ausgebildet ist, die sandwichartig und abgedichtet aufeinander angeordnet sind. Dadurch lassen sich durch Lösen weniger Schrauben die beiden Gehäusehälften voneinander entfernen, wonach sowohl der Zylinderinnenraum für den Kolben als auch der Innenraum, in dem sich die Kniehebelgelenkanordnung befindet, frei zugänglich sind. Das bedeutet, dass die Anzahl der Einzelteile für eine erfindungsgemäße Kniehebelspannvorrichtung erheblich verringert wird.
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Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 sind etwaige Kanäle und Zuführungen in den Wandungen der beiden Gehäusehälften angeordnet, so dass keine äußeren Teile stören.
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Patentanspruch 4 normiert, dass Spannkopf und Zylinder zusammen nur aus zwei Gehäuseteilen bestehen. Diese kapseln sowohl den Rückhubraum und den Arbeitsraum für den Zylinder nach außen druckmitteldicht ab.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Patentanspruch 5 die Gehäuseteile des Spannkopfes und des Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit jeweils materialmäßig einstückig ausgebildet sind. Diese Teile können bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung bestehen, so dass sich auch geringe Massenträgheitskräfte ergeben, sollten derartige Kniehebelspannvorrichtungen zum Beispiel von Roboterarmen bewegt werden müssen.
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Patentanspruch 6 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Führungen für Rollen der Kniehebelgelenkanordnungen in den Seitenwandungen der beiden Gehäusehälften angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise sind auch gemäß Patentanspruch 7 etwaige detektierende elektronische und/oder elektrische Bauteile, wie induktive Schalter, Mikroschalter, also Abfragevorrichtungen, in den den Rückhubraum bildenden Innenraum des bisherigen Spannkopfes hineinverlegt worden, während die Leitungen selbst durch Wandungsteile geschützt verlaufen. Lediglich ein Abfragestecker befindet sich außen an dem Gehäuse der Kniehebelspannvorrichtung, von wo aus Signale abgenommen und zum Beispiel zu einem entfernten Steuerstand geführt werden können.
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Patentanspruch 8 beschreibt eine Ausführungsform, bei der die Länge der Kolbenstange veränderbar ist, um die Schwenkwinkel des Spannarms entsprechend zu ändern und einzustellen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – an Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine Kniehebelspannvorrichtung im axialen Längsschnitt;
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2 einen Querschnitt nach der Linie II-II;
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3 eine weitere Ausführungsform, ebenfalls im Längsschnitt, und
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4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der 3.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein für den bisherigen Spannkopf 1a und die bisherige Kolben-Zylinder-Einheit 1b einheitliches Gehäuse bezeichnet, das aus den beiden durch Dichtungen 2, 3 druckmitteldicht sandwichartig abgedichtet aufeinander liegenden Gehäuseteilen 4 bzw. 5 besteht, die zum Beispiel als Gehäusehälften ausgebildet sind, also symmetrisch gleich ausgebildet sein können. Die Gehäuseteile 4 und 5 umgrenzen einen druckmitteldichten Rückhubraum 6 und einen Arbeitshubraum 7. Im Rückhubraum 6 ist eine Kniehebelgelenkanordnung 8 angeordnet, während im Arbeitshubraum 7 ein Kolben 9 über eine Dichtung 10 druckmitteldicht abgedichtet in Richtung X bzw. Y, also längsverschieblich, geführt ist.
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Mit dem Kolben 9 ist eine Kolbenstange 11 verbunden, die über einen Kolbenstangenbolzen 12 die Kniehebelgelenkanordnung 8 antreibt, mit der über eine gehäusefeste, aber drehbare Schwenkachse 13 ein Spannarm 14 in Richtung A bzw. B schwenkbeweglich um 0° bis 135° bis 180° getrieblich verbunden ist. Die gehäusefeste Schwenkachse 13 ist durch Dichtungen 15 und 16 druckmitteldicht nach außen herausgeführt. Die außerhalb des Gehäuses liegenden Endabschnitte sind als Mehrkantansätze 17 und 18 ausbildet, auf denen der Spannarm 14 mit entsprechenden Ausformungen auswechselbar getrieblich angeordnet ist.
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Mit 19 und 20 sind parallel zur Längsachse 21 der Kolbenstange 11 verlaufende Nuten bezeichnet, die in den Gehäuseteilen 4 und 5 eingearbeitet sind und in denen dem Kolbenstangenbolzen 12 zugeordnete Rollen 22, 23, die zum Beispiel in Nadellagern reibungsarm gelagert sind, geführt sind.
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Wie man erkennt, ist die Gesamtlänge L durch die Ausbildung des Innenraums des Spannkopfes 1a als Rückhubraum außerordentlich kurz bemessen und in der Regel um mehr als 30% kürzer als bei üblichen Kniehebelspannvorrichtungen für den gleichen Anwendungsfall.
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Mit den Bezugszeichen 24, 25 und 26 sind Teile einer Abfragevorrichtung bezeichnet, die zum Beispiel aus Mikroschaltern oder induktiven Schaltern bestehen können, die von einem mit der Kolbenstange 11 gegebenenfalls einstellbaren Element 26 bedämpft werden. Leitungen 27 und 28 führen die Signale zu einem elektrischen bzw. elektronischen Steckergehäuse 29, von wo aus die Signale abgenommen und zum Beispiel zu einer Folgesteuerung und/oder einem entfernten Steuer- und/oder Regelstand geführt werden können.
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Mit 30 bzw. 31 sind Kanäle bezeichnet, durch die abwechselnd dem Rückhubraum 6 oder dem Arbeitshubraum 7 Druckmittel, bevorzugt Druckluft, gesteuert zugeführt werden kann, um den Kolben 9 in Richtung X bzw. Y zu bewegen.
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In den 3 und 4 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 verwendet worden.
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Die Ausführungsform nach den 3 und 4 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen Ausführungsform dadurch, dass die Kolbenstange 11 bei der Ausführungsform nach 3 und 4 zweiteilig ausgebildet ist. Die Kolbenstange 11 besteht nämlich bei der Ausführungsform nach 3 und 4 aus einer Schraubspindel mit Außengewinde, die in eine mit Innengewinde versehene Sackbohrung 39 eines zweiten Kolbenstangenteils 32 mehr oder weniger weit einschraubar und in der jeweiligen Stellung arretierbar ist.
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Die als Schraubspindel ausgebildete Kolbenstange 11 ist durch den Kolben 9 durch eine Dichtung 33 abgedichtet hindurchgeführt und besitzt einen vergrößerten Kopf 34 mit nicht dargestelltem Innenmehrkant, in dem ein geeignetes Werkzeug, insbesondere ein Steckschlüssel, angeordnet werden kann, das nach Entfernen eines abgedichteten Schraubstopfens 35 durch eine Öffnung 36 im Boden 37 hindurchgeführt werden kann, um die Schraubspindel 11 mehr oder weniger weit in das Gewinde der Sackbohrung 39 des zweiten Kolbenstangenteils 32 einzuschrauben und dadurch den Hub des Kolbens 9 stufenlos zu verändern. Das Gewinde der Schraubspindel 11 und damit auch das Innengewinde der Sackbohrung 39 ist selbsthemmend ausgebildet und mit geringem Steigwinkel versehen, so dass sich eine feinstufige Verstellung erzielen lässt. Der Kolben 9 kann gegen Verdrehung arretiert sein. Es ist auch möglich, den dem Kolben 9 zugeordneten Zylinderraum flachoval oder rechteckförmig zu gestalten mit in den Eckbereichen abgerundeten Übergängen, um ein unbeabsichtigtes Drehen des Kolbens 9 gegenüber dem zweiten Kolbenstangenteil 32 zu verhindern.
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Das zweite Kolbenstangenteil 32 ist über einen Gabelkopf 38 mit der Kniehebelgelenkanordnung 8 gekuppelt, so dass über die Schraubspindel 11, das zweite Kolbenstangenteil 32 und die Kniehebelgelenkanordnung 8 der Spannarm 14 in Richtung A oder B angetrieben werden kann. Auch diese Vorrichtung besitzt eine außerordentlich geringe Länge L, die um in der Regel mehr als 30% geringer ist, als bei herkömmlichen Kniehebelspannvorrichtungen für den gleichen Anwendungsfall. Der als Rückhubraum ausgebildete Innenraum 6 ist ebenfalls druckmitteldicht gestaltet. Diese Kniehebelspannvorrichtung wird gleichfalls durch ein geeignetes Druckmittel, bevorzugt Druckluft, angetrieben.
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Im Gegensatz zu der aus 3 und 4 ersichtlichen Ausführungsform kann das zweite Kolbenstangenteil 32 als Schraubspindel ausgestaltet und die Schraubspindel 11 mit Innengewinde versehen sein, in das das zweite Kolbenstangenteil 32 mehr oder weniger eingeschraubt werden kann. In diesem Fall ist dann die Anordnung quasi umgekehrt wie in 3 dargestellt. Auch in diesem Fall lässt sich dann das mit einer Sackbohrung versehene Kolbenstangenteil nach Entfernen des abgedichteten Schraubstopfens 35 von außen durch Einführen eines geeigneten Werkzeuges um die Längsachse in die eine oder andere Richtung drehen, um die Kolbenstangenteile mehr oder weniger weit ineinander einzuschrauben und dadurch den Hub des Kolbens 9 und indirekt den Schwenkwinkel in Richtung A und B feinstufig zu verändern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- Spannkopf
- 1b
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 2
- Dichtung
- 3
- Dichtung
- 4
- Gehäuseteil
- 5
- Gehäuseteil
- 6
- Rückhubraum
- 7
- Arbeitshubraum
- 8
- Kniehebelgelenkanordnung
- 9
- Kolben
- 10
- Dichtung
- 11
- Kolbenstange, Schraubspindel
- 12
- Kolbenstangenbolzen
- 13
- Schwenkachse, gehäusefeste
- 14
- Spannarm
- 15
- Dichtung
- 16
- Dichtung
- 17
- Mehrkantansatz
- 18
- Mehrkantansatz
- 19
- Nut
- 20
- Nut
- 21
- Längsachse
- 22
- Rolle
- 23
- Rolle
- 24
- Teile einer Abfragevorrichtung
- 25
- Teile einer Abfragevorrichtung
- 26
- Element
- 27
- Leitung
- 28
- Leitung
- 29
- Steckergehäuse
- 30
- Kanal
- 31
- Kanal
- 32
- zweites Kolbenstangenteil
- 33
- Dichtung
- 34
- Kopf
- 35
- Schraubstopfen
- 36
- Öffnung
- 37
- Boden
- 38
- Gabelkopf
- 39
- Sackbohrung
- A
- Schwenkrichtung des Spannarms 14
- B
- Schwenkrichtung des Spannarms 14
- L
- Gesamtlänge der Kniehebelspannvorrichtung
- X
- Hubrichtung
- Y
- Hubrichtung
