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Die Erfindung betrifft eine Kraftspannzentriereinheit mit Spannkraftverstärker.
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Stand der Technik
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Im allgemeinen Maschinenbau, in der Fördertechnik, insbesondere im Karosseriebau der Kfz-Industrie, und im Werkzeugmaschinenbau wird oft die Forderung gestellt, Teile miteinander spielfrei und hochgenau miteinander zu kuppeln.
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Im Karosseriebau der Kfz-Industrie werden zum Beispiel als Fahrzeug ausgebildete Förderanlagen, zum Teil mit Eigenantrieb, eingesetzt, auf denen Kraftfahrzeugteile, beispielsweise Teile von Karosserien oder ganze Karosserien transportiert werden. Derartige Fördervorrichtungen können mit anderen, ebenfalls fahrbaren Fördervorrichtungen gekuppelt werden oder bewegen sich in den Arbeitsbereich von Robotern, die von der fahrbaren Fördervorrichtung transportierte Teile, beispielsweise Karosserieteile, entnehmen und weiteren Arbeitsgängen zufördern. Dabei kommt es darauf an, dass die mannlosen fahrbaren Fördervorrichtungen, beispielsweise Taktfördervorrichtungen, sehr genau und spielfrei mit anderen Fördervorrichtungen oder mit Vorrichtungsteilen, die von mehrachsigen Robotern bedient werden, gekuppelt werden.
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Aber auch im Werkzeugmaschinenbau werden Spannköpfe, zu bearbeitende Werkzeuge und dergleichen oftmals hochgenau positioniert und lösbar gespannt und verriegelt. Das Ankuppeln, Spannen und Verriegeln bezeichnet man in der Industrie auch als „höchste Wechselgenauigkeit“.
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Auch Palettenspannsysteme, auf denen zu bearbeitende Gegenstände gefördert und die im Bereich von Werkzeugmaschinen genau positioniert werden, müssen lösbar gespannt werden.
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Ähnliche Forderungen ergeben sich zum Beispiel bei Gießmaschinen, wo es zum Beispiel darauf ankommt, Formen genau in Bezug auf Spritzdüsen und dergleichen zu positionieren, spannungsfrei kraftschlüssig zu spannen und nach Durchführung der Arbeiten wieder freizugeben.
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Eine von der Firma CyTec Zylindertechnik GmbH, Jülich, hergestellte und unter den geschützten Marken „CyCock“ oder „CyCem“ oder „CyTrac“ vertriebene Vorrichtung, beschäftigt sich mit diesem Problem und preist eine Lösung in ihrem Katalog „SpannTechnik“ auch an.
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Aus der
DE 103 31 163 B4 ist ein Pneumatikkraftzylinder vorbekannt, der baugünstiger gestaltet ist als beim Stand der Technik. Hierzu wird ein Pneumatikkraftzylinder, mit einem abwechselnd durch Druckluft beaufschlagbaren und in einem im Querschnitt unrunden Zylinder längsverschieblich und dichtend geführten Kolben, dem ein einseitiges in den Zylinder hervorragendes Schwert zugeordnet ist, das zumindest auf einem Teil seines freien Endbereiches an seinem Umfang sich in Richtung auf sein freies Ende verjüngt, mit einer aus einem Gehäuse heraustretenden Kolbenstange, die durch den Kolben in entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist und die an ihrem dem Schwert zugekehrten Ende auf gegenüberliegenden Seiten der mit dem Kolben gemeinsamen Längsachse je mindestens einen um je eine Schwenkachse schwenkbaren Winkelhebel aufweist, wobei die Schwenkachsen parallel zueinander gerichtet sind, derart, dass die Winkelhebel jeweils in einer Ebene schwenken, die parallel zur größten Querachse des unrunden Zylinders verläuft, wobei die Winkelhebel an je einem Hebelarm je eine äußere Laufrolle aufweisen, die über einen gewissen Hub des Kolbens an den schmaleren gekrümmten Innenseiten des unrunden Zylinders abrollen, und dass mit je einem anderen Hebel des zugeordneten Winkelhebels je eine Stützrolle um je eine Achse drehbar angeordnet ist, die von den sich verjüngenden Schwertoberflächen des Schwertes mitnehmbar sind, wobei sämtliche Achsen der äußeren Laufrollen und der Stützrollen zum Beispiel parallel zueinander verlaufen, mit einem der Querschnittsformen des unrunden Zylinders angepasstenringförmigen Kraftkörpers, der in einer Aussparung eines zweiteiligen Gehäuses axial und radial arretiert angeordnet ist und der auf seiner dem Kolben abgekehrten Seite unter einem spitzen Winkel sich zur Längsachse des unrunden Kolbens und der Kolbenstange verjüngt und auf dessen geneigter Oberfläche die äußeren Laufrollen durch Schwenken der Winkelhebel aufrollbar sind, wobei der unrunde Zylinder in jedem zu seiner Längsachse orthogonal geführten Querschnitt einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei die langen Seiten des Rechteckes durch je eine sprunglos verlaufende, nach außen gekrümmte Kurve miteinander verbunden sind, die jeweils die kürzere Seite bildet. Einen weiteren Lösungsweg liefert ein Pneumatikkraftzylinder, mit einem abwechselnd durch Druckluft beaufschlagbaren und in einem im Querschnitt unrunden Zylinder längsverschieblich und dichtend geführten Kolben, dem ein einseitiges in den Zylinder hervorragendes Schwert zugeordnet ist, das zumindest auf einem Teil seines freien Endbereiches an seinem Umfang sich in Richtung auf sein freies Ende verjüngt, mit einer aus einem Gehäuse heraustretenden Kolbenstange, die durch den Kolben in entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist und die an ihrem dem Schwert zugekehrten Ende auf gegenüberliegenden Seiten der mit dem Kolben gemeinsamen Längsachse je mindestens einen um je eine Schwenkachse schwenkbaren Winkelhebel aufweist, wobei die Schwenkachsen parallel zueinander gerichtet sind, derart, dass die Winkelhebel jeweils in einer Ebene schwenken, die parallel zur größten Querachse des unrunden Zylinders verläuft, wobei die Winkelhebel an je einem Hebelarm je eine äußere Laufrolle aufweisen, die über einen gewissen Hub des Kolbens an den schmaleren gekrümmten Innenseiten des unrunden Zylinders abrollen, und dass mit je einem anderen Hebel des zugeordneten Winkelhebels je eine Stützrolle um je eine Achse drehbar angeordnet ist, die von den sich verjüngenden Schwertoberflächen des Schwertes mitnehmbar sind, wobei sämtliche Achsen der äußeren Laufrollen und der Stützrollen zum Beispiel parallel zueinander verlaufen, mit einem der Querschnittsformen des unrunden Zylinders angepassten ringförmigen Kraftkörpers, der in einer Aussparung eines zweiteiligen Gehäuses axial und radial arretiert angeordnet ist und der auf seiner dem Kolben abgekehrten Seite unter einem spitzen Winkel sich zur Längsachse des unrunden Kolbens und der Kolbenstange verjüngt und auf dessen geneigter Oberfläche die äußeren Laufrollen durch Schwenken der Winkelhebel aufrollbar sind, wobei der unrunde Zylinder in jedem zu seiner Längsachse orthogonal geführten Querschnitt einen etwa länglich-ovalen Querschnitt aufweist. Schließlich wird ein Pneumatikkraftzylinder vorgeschlagen, mit einem abwechselnd durch Druckluft beaufschlagbaren und in einem im Querschnitt unrunden Zylinder längsverschieblich und dichtend geführten Kolben, dem ein einseitiges in den Zylinder hervorragendes Schwert zugeordnet ist, das zumindest auf einem Teil seines freien Endbereiches an seinem Umfang sich in Richtung auf sein freies Ende verjüngt, mit einer aus einem Gehäuse heraustretenden Kolbenstange, die durch den Kolben in entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist und die an ihrem dem Schwert zugekehrten Ende auf gegenüberliegenden Seiten der mit dem Kolben gemeinsamen Längsachse je mindestens einen um je eine Schwenkachse schwenkbaren Winkelhebel aufweist, wobei die Schwenkachsen parallel zueinander gerichtet sind, derart, dass die Winkelhebel jeweils in einer Ebene schwenken, die parallel zur größten Querachse des unrunden Zylinders verläuft, wobei die Winkelhebel an je einem Hebelarm je eine äußere Laufrolle aufweisen, die über einen gewissen Hub des Kolbens an den schmaleren gekrümmten Innenseiten des unrunden Zylinders abrollen, und dass mit je einem anderen Hebel des zugeordneten Winkelhebels je eine Stützrolle um je eine Achse drehbar angeordnet ist, die von den sich verjüngenden Schwertoberflächen des Schwertes mitnehmbar sind, wobei sämtliche Achsen der äußeren Laufrollen und der Stützrollen zum Beispiel parallel zueinander verlaufen, mit einem der Querschnittsformen des unrunden Zylinders angepassten ringförmigen Kraftkörpers, der in einer Aussparung eines zweiteiligen Gehäuses axial und radial arretiert angeordnet ist und der auf seiner dem Kolben abgekehrten Seite unter einem spitzen Winkel sich zur Längsachse des unrunden Kolbens und der Kolbenstange verjüngt und auf dessen geneigter Oberfläche die äußeren Laufrollen durch Schwenken der Winkelhebel aufrollbar sind, wobei der unrunde Zylinder in jedem zu seiner Längsachse orthogonal geführten Querschnitt einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei die langen parallelen Seiten des Rechteckes durch jeweils einen nach außen gekrümmten Kreisbogen miteinander verbunden sind, der die jeweils kürzere Seite bildet. Der Anstellhub kann bei allen Lösungen mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, wobei die auf den Kolben einwirkende pneumatische Kraft als Anstellkraft zur Verfügung steht, um zum Beispiel 3.000 N oder 6.000 N erreicht werden. Dabei kann der Hub je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein, zum Beispiel 15 bis 300 mm betragen, während die Kraftverstärkung erst zum Anfang des Spannhubes selbständig eintritt und über den Spannbereich praktisch konstant bleibt. Hierbei kann die volle Spannkraft von zum Beispiel 20.000 N oder 30.000 N bzw. 60.000 N wirksam werden. Der Spannbereich kann je nach Anwendungsfall und Type zum Beispiel 3, 6 oder 9 mm oder dergleichen betragen.
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Der
DE 10 2016 110 973 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Spannvorrichtung anzugeben, die ein einfaches und schnelles Verspannen ermöglicht. Dies wird gemäß dem Hauptanspruch durch eine Spannvorrichtung zur Aufgabe und Fixierung von Werkzeugen oder Werkzeugträgern gelöst mit einer Spannzangenanordnung, einem an die Spannzangenanordnung angeschlossenen, in einer axialen Richtung verschiebbaren Zugbolzen und einer über radial verschiebbare Sperrsegmente auf den Zugbolzen einwirkenden, in axialer Richtung beweglichen Schieberhülse, wobei die Sperrsegmente an einer Kegelfläche einen Kopf des Zugbolzens umfangsseitig derart hinterfassen, dass eine in Richtung des Zugbolzens ausgeführte, vorwärts gerichtete Bewegung der Schieberhülse einer entgegengesetzte, rückwärts gerichtete Bewegung des entlang der axialen Richtung verschiebbaren Zugbolzens bewirkt, wobei die Spannzangenordnung derart ausgeführt und an den Zugbolzen angeschlossen ist, dass die rückwärts gerichtete Bewegung des Zugbolzens eine radial nach innen gerichtete Spannbewegung der Spannzangenanordnung bewirkt, wobei eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere ein Elektromotor, die Schieberhülse über eine Spindelwelle antreibt, wobei die Spindelwelle in einer mit der Schieberhülse verbundenen Spindelaufnahme eingreift. Die Lösung soll von der Erkenntnis ausgehen, dass ein Verspannen des Werkzeuges in einer schnellen Art und Weise vorgenommen werden kann, wenn der Antrieb der Schieberhülse über eine elektrische Antriebsvorrichtung realisiert wird. Da elektrischer Strom in nahezu allen Gebäuden und Fertigungshallen zur Verfügung steht, kann auf bestehende Ressourcen zurückgegriffen werden, ohne dass zusätzliche pneumatische oder hydraulische Versorgungseinrichtungen vorgesehen werden müssen.
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Die
DE 39 36 121 C1 beschreibt eine Betätigungsvorrichtung für einen Werkzeug- oder Werkstückspanner in einer Werkzeugmaschinenspindel, mit einer in der Spindel unter Wirkung einer Federanordnung in Spannrichtung axial verschiebbaren Spannstange und einem zwischen der Spindel und der Spannstange angreifenden, ersten Keilgetriebe mit frei beweglichen Kugeln, die sich jeweils an drei Konusflächen abstützen, von denen die eine Konusfläche an einer auf der Spannstange axial verschiebbaren Spannhülse, die andere Konusfläche an einem mit der Spannstange verbundenen Spannring und die dritte Konusfläche an einem gegenüber der Spindel stationär angeordneten Widerlagerring vorgesehen ist, mit einer zwischen Federanordnung und Spannhülse auf der Spannstange axial verschiebbaren Druckhülse, die in Spannrichtung auf die Spannhülse einwirkt, und mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben in einer ersten Phase seines entgegen der Spannrichtung gerichteten Lösehubes zunächst auf die Spannhülse und in einer zweiten Phase auch auf einen Ringabsatz der Spannstange einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckhülse und der Spannhülse ein zweites Keilgetriebe und frei beweglichen Kugeln vorgesehen ist, die sich jeweils an zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Konusflächen an den einander zugekehrten Stirnseiten der beiden Hülsen und nacheinander an zwei weiteren entgegengesetzt zueinander geneigten Konusflächen des konzentrisch zu den Hülsen angeordneten Widerlagerringes abstützen, wobei die der Federanordnung zugekehrte, erste Konusfläche sich zur Federanordnung und die der Spannhülse zugekehrte zweite Konusfläche sich zu dem Spannring hin konisch erweitert derart, dass sich die Kugeln des zweiten Keilgetriebes zu Beginn des von der Federanordnung bewirkten Spannhubes der Druckhülse an der ersten Konusfläche abstützen und weg übersetzend auf die Spannhülse einwirken, in einer zweiten Phase des Spannhubes an der zweiten Konusfläche abstützen und dadurch in der zweiten Phase des Spannhubes kraftverstärkend auf die Spannhülse einwirken und in der letzten Phase des von der Kolben-Zylinder-Einheit bewirkten, entgegengesetzt gerichteten Lösehubes wieder an der ersten Konusfläche abstützen und dadurch kraftverstärkend auf die Druckhülse über deren Konusfläche in Richtung auf die Federanordnung einwirken. Hierdurch soll ein Werkzeug- oder Werkstückspanner geschaffen werden, der ohne Vergrößerung der Bauabmessungen eine erhöhte Ausstoß- und Einzugskraft aufweist.
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Die
DE 85 29 480 U1 betrifft einen Kraftverstärker für Spann, bei denen durch. Drehung einer Spindel mittels einer äußeren Handhabe eine an einem verschiebbar geführten Teil des Spannzeugs vorgesehene Spannbacke relativ zu einer an einem ruhenden Teil des Spannzeugs vorgesehenen Spannbacke zustellbar ist, wobei die Spindel in Gewindeeingriff mit dem ruhenden Teil des Spannzeugs steht, während sie mit dem verschiebbaren Teil frei drehbar, in Verschiebungsrichtung jedoch formschlüssig gekoppelt verbunden ist, mit einer zwischen der Spindel und der Handhabe angeordneten, bei Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Zustell-Drehmoments auslösenden Drehkupplung und mit einem am verschiebbaren Teil des Spannzeug seinerseits und am ruhenden Teil andererseits abgestützten Kniehebelmechanismus, dessen eingeknicktem Mittelgelenk ein Keilkörper zugeordnet ist, welcher derart mit der Handhabe verbunden ist, dass er bei Drehung der Handhabe im von der Spindel abgekuppelten Zustand am eingeknickten Mittelgelenk angreift und es zunehmend im Sinne einer Streckung der den Kniehebelmechanismus bildenden Gelenkhebel verdrängt, wobei der Kniehebelmechanismus an dem vom verschiebbaren Teil des Spannzeugs vorstehenden äußeren Endbereich der Spindel angeordnet ist, wobei die vom verschiebbaren Teil des Spannzeugs wegweisenden freien Enden der den Kniehebelmechanismus bildenden Gelenkhebel an der Gewindespindel und die dem verschiebbaren Teil zugewandten Gelenkhebel-Enden direkt oderindirekt am verschiebbaren Teil des Spannzeugs abgestützt sind. Hierdurch soll die Aufgabe gelöst werden, einen Kraftverstärker für Spannzeuge zu schaffen, der außerhalb des eigentlichen Spannwerkzeugs im Bereich der Handhabe anbringbar ist und keine spezielle hohe Spindel erfordert, so dass er auch zur Nachrüstung von Spannzeugen geeignet ist, die ursprünglich nicht auf eine Funktion mit Kraftverstärkung hin ausgelegt worden sind.
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Aus der
DE 10 2011 002 332 A1 ist ein Spannkopf, insbesondere für die Lagesicherung eines mit einem in drei Punkten gespannten Werkstücks oder dergleichen, vorbekannt, mit einem Futterkörper, in dem in einer Kolbenkammer ein zur Verstellung von Spannmitteln vorgesehenes Zugstück geführt ist, wobei in der Kolbenkammer ein axial verstellbarer Druckkolben geführt ist, durch den beim Spannvorgang eine Druckbelastung betragsmäßiggleich groß, aber richtungsentgegengesetzt zur am Werkzeug, Werkstück oder dergleichen durch die Spannmittel wirkenden Zugbelastung ausübbar ist. Dadurch soll die Aufgabe gelöst werden, einen Spannkopf bereitzustellen, der bei Setzen eines weiteren Spannpunktes an einer 3-Punkt-Spannung eine Lagesicherung der Spannebene zur Folge hat. Dieser Vorveröffentlichung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewahrung der Lage einer Ebene, insbesondere einer Spannebene, einer 3-Punkt-Spannung von Werkstücken, Werkzeugen oder dergleichen und eine Spanneinheit bereitzustellen, die mit ihrem Standardspannköpfen die Spannebene aufspannen und mit ihrem Spannkopf die räumliche Lage der Spannebene sichern kann.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftspannzentriereinheit zu schaffen, mit der sich auch große und schwere Vorrichtungen, beispielsweise selbstfahrende Fahrzeuge, Fördervorrichtungen, aber auch Maschinenteile, genau mit großer Spannkraft praktisch spielfrei zentrieren und lösbar kuppeln lassen.
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Lösung
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Ausgehend von einer Kraftspannzentriereinheit mit Spannkraftverstärker wird diese Aufgabe mit zwei in einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse koaxial zueinander angeordneten, gegenläufig abwechselnd längsverschieblich und dichtend geführten und durch Druckmitteldruck zu beaufschlagenden Kolben gelöst, wobei der eine Kolben als Kraftkolben und der andere als Spann- und Kupplungskolben ausgebildet ist, wobei der Kraftkolben einen in Richtung auf den Spann- und Kupplungskolben koaxial hervorragenden, durch den Kraftkolben in entgegengesetzten Richtungen antreibbaren sich verjüngenden Konus- oder Keilkörper aufweist, dem eine Winkelhebelanordnung oder mehrere Winkelhebelanordnungen zugeordnet ist bzw. sind, wobei die betreffende Winkelhebelanordnung jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordnete Hebelarme aufweist, wobei im Schnittpunkt der Längsachsen jeweils zweier Hebelarme einer Winkelhebelanordnung eine kraftschlüssig mit dem Konus- oder Keilkörper zusammenwirkende Stützrolle und an dem anderen Hebelarm eine drehbar gelagerte Rolle gekuppelt ist, die jeweils mit einem im Gehäuse angeordneten keilförmigen Kraftkörper kraftschlüssig zusammenwirkt, wobei dem Spann- und Kupplungskolben an seinem dem Kraftkolben abgewandten Ende ein Spannfutter zugeordnet ist, das von dem Spann- und Kupplungskolben in Spann- und Lösestellung angetrieben ist, wobei das Spannfutter ein in das Spannfutter eingreifendes Kupplungsteil einer Vorrichtung gegen das Gehäuse heranziehend lösbar kuppelt, wobei die Zustellkraft des Kraftkolbens während des Abrollens der Stützrolle an dem Konus- oder Keilkörper und beim Abrollen der Rolle des Hebelarms an dem Kraftkörper um ein Mehrfaches übersetzt/erhöht wird, beispielsweise im Verhältnis 1:10, und das zu kuppelnde Teil mit dieser erhöhten Kraft an das Gehäuse der Kraftspannzentriereinheit heranziehend spannbar und kuppelbar ist.
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Einige Vorteile
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Die Erfindung geht grundsätzlich von dem Gedanken aus, dass das Spannen und Kuppeln unter Einsatz von Druckmittel, insbesondere Druckluft, geschehen soll, das zum Beispiel in der Kraftfahrzeugindustrie überall zur Verfügung steht. Aber auch ein hydraulischer Antrieb ist denkbar, auch wenn dieses Druckmittel vermutlich besonders im Karosseriebau der Kfz-Industrie nicht so populär ist. Dieses Druckmittel, besonders Druckluft, wird dazu verwendet, zwei gegenläufig in Zylinderräumen eines Gehäuses längsverschieblich und dichtend geführte Kolben anzutreiben, wobei der eine als Kraftkolben ausgebildete Kolben mit einem Konus- oder Keilkörper in den Spannkolben eintaucht und hier mindestens einen Winkelhebel antreibt, der mit einem im Gehäuse unbeweglich angeordneten keilförmigen Kraftkörper zusammenwirkt. Beim Schwenken des Winkelhebels um einen in den Spann- und Kupplungskolben gelagerten Hebel und dem Aufgleiten auf eine wie eine schiefe Ebene fungierende Fläche, mit der ein Rollenkörper oder dergleichen des betreffenden Winkelhebels zusammenwirkt, kommt es zu einer sehr großen Übersetzung, zum Beispiel im Verhältnis 1:10. Hierbei wird auf die grundsätzliche Idee der
DE 103 31 163 B4 zurückgegriffen, wenn auch mit anderen Lösungsmitteln. Statt einem Winkelhebel können über den Umfang gesehen auch mehrere, zum Beispiel drei derartiger Winkelhebel, um 120 Grad versetzt zueinander angeordnet sein, die jeweils über im Spann- und Kupplungskolben angeordnete Achsen schwenkbeweglich angeordnet sind und die ebenfalls mit Rollenkörper mit einem keilförmigen Kraftkörper zusammenwirken. Die betreffenden Winkelhebel werden alle gemeinsam durch den Konus- oder Keilkörper des Kraftkolbens angetrieben. Der Spann- und Kupplungskolben wiederum treibt ein Spannfutter an, dergestalt, dass es beim Spannvorgang ein Spannfutter so steuert, dass es einen in das Spannfutter eintauchenden Gegenkörper einer zu kuppelnden Vorrichtung, eines Werkzeuges, eines Fahrzeuges oder dergleichen ergreift, um beim weiteren Hub des Spann- und Kupplungskolbens stufenlos seine Kupplungsöffnung zu verringern und die betreffenden Kupplungskörper gegen die Kraftspannzentriereinheit mit großer Kraft heranzuziehen und spielfrei zu verriegeln.
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Werden der Kraftkolben und der Spann- und Kupplungskolben in entgegengesetzter Richtung mit Druckmitteldruck, zum Beispiel mit Druckluft, beaufschlagt, so entfernen sich die Kolben mit entgegengesetzter Hubrichtung voneinander, woraufhin der Konus- und Keilkörper stufenlos aus einer Öffnung des Spann- und Kupplungskolbens ganz oder teilweise herausgezogen wird, wodurch der betreffende Winkelhebel oder die Winkelhebel mit einem Rollenkörper auf der schrägen Fläche abrollen, wodurch der entsprechende Hebel mit seinem Rollenkörper in entgegengesetzter Richtung auf den Kraftkörper gleiten und dadurch die Verriegelungs- und Spannkraft bis gegen Null nachlässt. Da das Spannfutter mit dem Spann- und Kupplungskolben kraft- und/oder formschlüssig gekuppelt ist, gibt das Spannfutter das zu kuppelnde Teil frei, indem es seine Kupplungsöffnung so weit erweitert, dass das zu kuppelnde Teil aus der Kupplungsöffnung herausbewegbar ist.
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Die Kraftspannzentriereinheit gemäß der Erfindung braucht keine vorgespannten Federelemente. Dabei kann die Anordnung durch Wahl der Winkel an dem Konus- oder Keilkörper einerseits und/oder an dem zugeordneten Kraftkörper andererseits so gewählt werden, dass in Kupplungsstellung Selbsthemmung eintritt. Fällt zum Beispiel der Druckmitteldruck ab, führt dies nicht automatisch zu einem Entriegeln, sondern die Verriegelung bleibt erhalten, ohne dass es auf die Rückstellkraft von Federelementen oder sonstiger mechanischer Teile, die den Kraftkolben und/oder den Spann- und Kupplungskörper antreiben, ankommt.
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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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Die Ausführungsform nach Patentanspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spann- und Kupplungskolben eine in Richtung auf den Kraftkolben offene Aussparung aufweist, in die der Konus- oder Keilkörper sowohl in Entriegelungsstellung, als auch in Spann- und Verriegelungsstellung mit einem Längenabschnitt eingreift.
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Diese Ausführungsform lässt sich kompakt, annähernd patronenförmig, gestalten, da der Kraftkolben mit dem Konus- oder Keilkörper in eine Aussparung des Spann- und Kupplungskolbens eintaucht. Infolge dessen lassen sich der Kraftkolben einerseits und der Spann- und Kupplungskolben andererseits sowie der Konus- und Keilkörper, aber auch das Spannfutter, koaxial zueinander in einem Gehäuse anordnen. Die gesamte Vorrichtung lässt sich damit als insgesamt bewegliche Baueinheit gestalten und je nach Verwendungszweck als Modulbaueinheit konstruieren und einsetzen.
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Die Kraftspannzentriereinheit nach Patentanspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrolle sowohl in Entriegelungs-, als auch in Spannstellung kraftschlüssig mit dem Konus- oder Keilkörper des Kraftkolbens zusammenwirkt.
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Durch diese Ausführungsform gibt es keinen Schlupf beim Beaufschlagen des Kraftkolbens und des Spann- und Kupplungskolbens. Vielmehr beginnt die Kraftspannzentriereinheit sofort mit ihrer Funktion, wenn der Spann- und Verriegelungsvorgang eingeleitet wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform beschreibt Patentanspruch 4. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter an seinem Umfang einen oder mehrere Führungsansatz bzw. -ansätze aufweist, mit denen das Spannfutter in einer oder mehreren entsprechend formmäßig angepassten Kulissenführungen bei seinem Antrieb bzw. ihren Antrieben durch den Spann- und Kupplungskolben geführt ist, wobei das Spannfutter in Bezug auf das zu klemmende und zu spannende Vorrichtungsteil und in Bezug auf seine Längsachse seine für das zu kuppelnde und zu klemmende Vorrichtungsteil vorgesehene Eintrittsöffnung entsprechend radial vergrößert oder verkleinert, um bedarfsweise das zu kuppelnde und zu spannende Vorrichtungsteil zu ergreifen und gegen die Kraftspannzentriereinheit spielfrei zu kuppeln und zu spannen.
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Bei dieser Ausführungsform wird über den Umfang des Kraftkolbens sowie des Spann- und Kupplungskörpers gesehen mehrere, bevorzugt drei Winkelhebel, in einen Raum des Spann- und Kupplungskolbens um Schwenkachsen angeordnet, wobei der eine Hebel über einen Rollenkörper jeweils mit einem zugeordneten Kraftkörper zusammenwirkt. Dieser Kraftkörper kann für alle Winkelhebel einheitlich als einheitliches Bauteil oder aber als getrennte Körper ausgebildet sein. Im Falle von drei Winkelhebel sind diese bevorzugt über den Umfang um 120 Grad zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine außerordentlich stabile, sichere Spann- und Verriegelungswirkung, so dass sich auch große und schwere Teile, zum Beispiel mannlose Fahrzeuge im Karosseriebau der Kfz-Industrie, gegen die Kraftspannzentriereinheit heranziehen und lösbar spielfrei verriegeln.
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Auf diese Weise wird das Spannfutter ebenfalls koaxial zu den beiden gegenläufig beweglichen Kolben im Gehäuse selbst angeordnet und durch den Spann- und Kupplungskolben öffnend und schließend formschlüssig geführt angetrieben.
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In Patentanspruch 5 ist eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei welcher das Spannfutter einen formschlüssigen, krallenförmigen Kupplungsansatz aufweist, mit dem es das zu kuppelnde Teil ergreift und gegen die Kraftspannzentriereinheit heranziehend kuppelt.
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Vorteilhafterweise ist die Kraftspannzentriereinheit gemäß Patentanspruch 6 derart ausgestaltet, dass dem Kraftkolben eine seinen Hub detektierende Abfragevorrichtung zugeordnet ist. Dadurch lässt sich auch von einem entfernten Steuerstand, zum Beispiel im Karosseriebau der Kfz-Industrie, genau anzeigen und kontrollieren, ob die Kraftspannzentriereinheit geschlossen oder geöffnet ist oder ob Störungen vorliegen.
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Gemäß Patentanspruch 7 sind dieser Abfragevorrichtung Mikroschalter oder induktiven Schaltern zugeordnet, deren Signale an eine zentrale Steuereinheit weiterleitbar sind.
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Vorteilhafterweise ist gemäß Patentanspruch 8 der betreffende Kraftkörper in einer Aussparung des Gehäuses radial und axial ortsunbeweglich und auswechselbar angeordnet. Dadurch ergibt sich eine sichere Aufnahme von Reaktionskräften, die in das Gehäuse eingeleitet werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
- 1 Eine Kraftspannzentriereinheit im axialen Längsschnitt, ohne zu spannende Teile, in Offenstellung des Spannfutters;
- 2 einen Längsschnitt der aus 1 ersichtlichen Kraftspannzentriereinheit, im kleinerem Maßstab, ebenfalls in Offenstellung;
- 3 die aus den 1 und 2 ersichtliche Kraftspannzentriereinheit in Verriegelungsstellung, mit einem durch das Spannfutter verriegelten Teil;
- 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV der 1 und
- 5 einen Schnitt nach der Linie V - V der 1.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse bezeichnet, das bei der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform über seine Länge annährend durchgehend als zylindrischer Körper ausgebildet ist, der einstückig aus einem geeigneten Material, bevorzugt aus einer Stahllegierung, einer Spritzgusslegierung oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff, besteht. Das Gehäuse 1 kann aber auch mehrteilig ausgestaltet sein und aus miteinander, beispielsweise durch Schraubverbindungen gekuppelten Teilen bestehen.
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In einem gemeinsamen Zylinderraum 2 sind ein Kraftkolben 3 und ein Spann- und Kupplungskolben 4 koaxial zueinander angeordnet.
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Der Kraftkolben 3 und der Spann- und Kupplungskolben 4 sind jeweils durch ein Dichtungselement 5 bzw. 6 abgedichtet in Richtung X bzw. Y um ein begrenztes Maß gegenläufig zueinander hubbeweglich angeordnet.
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Mit dem Kraftkolben 3 ist ein Konus- oder Keilkörper 7 funktionell oder materialmäßig einstückig verbunden, der an seinem dem Spann- und Kupplungskolben 4 zugekehrten Längenabschnitt keilförmig oder konisch verlaufend ausgebildet ist.
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Der Konus- oder Keilkörper 7 taucht je nach Hubstellung in Richtung X bzw. Y mehr oder weniger weit in eine Aussparung 8 des Spann- und Kupplungskolbens 4 ein, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass zumindest ein Teil des Längenabschnittes L des Konus- oder Keilkörpers 7 stets in die Aussparung 8 des Spann- und Kupplungskolbens 4 hineinragt.
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In der Aussparung 8 sind bei der dargestellten Ausführungsform in Umfangsrichtung mit gleichmäßigem Abstand zueinander drei Winkelhebelanordnungen 9, 10, 11 angeordnet, die jeweils aus zwei parallel zueinander angeordneten laschenförmigen Winkelhebelteilen 12, 13 bzw. 14, 15 bzw. 16, 17 bestehen.
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Die Winkelhebelanordnungen 9, 10 und 11 sind bei der dargestellten Ausführungsform sämtlich formgleich, gleichgroß und gleich gestaltet, weshalb aus Gründen der Übersichtlichkeit ihre Funktion lediglich in Bezug auf 1 mit einer Winkelhebelanordnung beschrieben werden soll. Die übrigen Winkelhebelanordnungen besitzen die gleiche Funktion, führen simultan und damit gleichzeitig die gleichen Bewegungen im gleichen Funktionssinne aus, so dass die Beschreibung in Bezug auf 1 ausreichend ist, alle drei Winkelanordnungen 9, 10 und 11 zu verstehen.
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Jede Winkelhebelanordnung 9, 10 und 11 besitzt eine Schwenkachse 18, die in der Aussparung 8 des Spann- und Kupplungskolbens 4 gelagert ist.
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Wie aus 1 zu ersehen ist, besteht jede Winkelhebelanordnung 9, 10, 11 aus den beiden Winkelhebeln 19, 20, wobei im Endbereich des Winkelhebels 20 die Schwenkachse 18 auf der Längsmittenachse dieses Winkelhebels 20 angeordnet ist. Im Schnittpunkt der Mittellinien der beiden Winkelhebel 19, 20 ist eine Achse 21 angeordnet, auf der ein leicht dreh- oder gleitbarer Körper, vorliegend eine Rolle 22, drehbeweglich angeordnet ist. Die Rolle 22 wirkt kraftschlüssig mit der Oberfläche des Konus- oder Keilkörpers 7 des Längenabschnittes L zusammen. Die Winkelhebel 19, 20 aller drei Winkelhebelanordnungen 9, 10 und 11 werden gleichzeitig und synchron im gleichen Schwenksinn über den Konus- oder Keilkörper 7 schwenkbeweglich um ihre Achsen 18 in entgegengesetzten Richtungen geschwenkt.
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Mit dem Hebelarm 19 ist eine Achse 23 gekuppelt, auf der ebenfalls ein reibungsarmer Körper, vorliegend gleichfalls eine Rolle 24, drehbeweglich gelagert ist, die kraftschlüssig mit einem keilförmig ausgebildeten Kraftkörper 25 zusammenwirkt, der im Gehäuse 1 ortsunbeweglich und damit funktionell einstückig mit dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Die Rolle 24 rollt auf der als schiefe Ebene gestalteten Oberfläche 26 des Kraftkörpers 25 ab.
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Beide Rollen 22 und 24 der Hebelanordnung 9, 10 und 11 stehen ständig in Kontakt mit der konus- oder keilförmigen Oberfläche des Längenabschnittes L bzw. mit der unter einem spitzen Winkel verlaufenden Oberfläche 26 des Kraftkörpers 25.
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Wenn in Bezug auf 1 stets von den Hebelarmen der Hebel 19, 20 gesprochen wird, so gilt dies selbstverständlich auch für die laschenförmigen Winkelhebelteile 12, 13 bzw. 14, 15 bzw. 16, 17, die jeweils paarweise die zugeordneten Winkelhebelanordnungen 9, 10, 11 bilden und zwischen denen dann die Rollen 22 bzw. 24 über Achsen drehbeweglich angeordnet sind.
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Der Spann- und Kupplungskolben 4 ragt mit einem Endabschnitt 27 durch eine Ausnehmung 28 durch ein Dichtungselement 29 abgedichtet in einen Raum 30 und ist funktionell mit einem Spannfutter 31 gekuppelt, der an seiner Peripherie das getrennte oder einen kreisförmig umlaufenden Führungsrand 32 aufweist, der in einer Kulissenführung 33 unter einem spitzen Winkel in Bezug auf die Längsachse 34 des Gehäuses 1 um ein begrenztes Maß in entgegengesetzten Richtungen radial verschieblich ist. Dies geht aus einem Vergleich der 2 und 3 hervor, wobei 2 die Offenstellung und 3 die Verriegelungsstellung zeigt, in welcher das Spannfutter 31 sich in Richtung der Längsachse 34 radial bewegt hat und ein Verriegelungsteil 35 einer anzukuppelnde Vorrichtung (nicht dargestellt), eines mannlosen Wagens (ebenfalls nicht dargestellt) oder einer Fördervorrichtung (nicht dargestellt) ergriffen und unter hoher Spannkraft gegen das Gehäuse 1 herangezogen und spielfrei verriegelt und gekuppelt hat.
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Hierzu wird über einen Kanal 36 bzw. 37 der Kraftkolben 3 und der Spann- und Kupplungskolben 4 mit Druckmitteldruck, insbesondere mit Druckluft, zum Beispiel von sechs bar Druck, beaufschlagt, wodurch sich der Kraftkolben 3 in Richtung Y und der Spann- und Kupplungskolben 4 in Richtung X, mithin gegenläufig, bewegen. Dadurch taucht der Konus- bzw. Keilkörper 7 tiefer in die Aussparung 8 hinein, wodurch die Rolle 22 auf der Oberfläche des Längenabschnittes L des Konus- oder Keilkörpers 7 abrollt, die Winkelhebel synchron nach unten schwenken, wobei die Rolle 24 auf der als schiefe Ebene ausgebildeten Oberfläche 26 abrollen, mithin die Winkelhebel um die Achse 18 nach unten schwenken. Dadurch kommt es zu einer sehr großen Kraftübersetzung bei der dargestellten Ausführungsform im Verhältnis von etwa 1:10, was zur Folge hat, dass über das Spannfutter 31 das zu kuppelnde Verriegelungsteil 35 einer Vorrichtung mit sehr großer Kraft gegen das Gehäuse 1 herangezogen und spielfrei gekuppelt und gespannt wird.
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Eine Beaufschlagung des Zylinderraums über den Kanal 38 mit Druckmitteldruck bewirkt, dass sich die Kolben voneinander in entgegengesetzten Richtungen bewegen, mithin der Kraftkolben 3 in Richtung X und der Spann- und Kupplungskolben 4 in Richtung Y, was zur Folge hat, dass das Spannfutter 31 mit seinem Führungsrand 32 in den Kulissenführungen 33 wiederum nach außen gleitet, wodurch sich die Kupplungsöffnung radial erweitert und das Verriegelungsteil 35 freigegeben werden kann, so dass das betreffend verriegelte Teil, zum Beispiel ein mannloses Fahrzeug, wegfahren kann.
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Auf der im Spannfutter 31 diametral entgegengesetzten Seite des Gehäuses 1 ist ein Detektiergehäuse 39 angeordnet, in dessen Innenraum 40 der Kraftkolben 3 mit einem Ansatz 41 hineinragt und hier über Abfragevorrichtungen 42, 43 geeignete Schalter, zum Beispiel Mikroschalter, induktive Schalter oder dergleichen, mit einem gegebenenfalls in Längsachsrichtung des Ansatzes 41 verstellbaren Teil 44 bedämpft. Bei 45 ist ein Steckergehäuse angeordnet, über das mit dargestellten Kabeln die von den Mikroschaltern 42, 43 angenommenen Werte an eine entfernte Überwachung- und Steuerstellung weitergeleitet werden, so dass man stets genau weiß, in welcher Position sich die Kolben 3 und 4 befinden und ob gegebenenfalls Teile über das Spannfutter 31 angekuppelt und gespannt wurden oder ob sich keine Teile in Kupplungs- und Spannstellung befinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zylinderraum
- 3
- Kraftkolben
- 4
- Spann- und Kupplungskolben
- 5
- Dichtungselement
- 6
- "
- 7
- Konus- oder Keilkörper
- 8
- Aussparung
- 9
- Winkelhebelanordnung
- 10
- "
- 11
- "
- 12
- Winkelhebelteil
- 13
- "
- 14
- "
- 15
- "
- 16
- "
- 17
- "
- 18
- Schwenkachse
- 19
- Hebelarm
- 20
- "
- 21
- Achse
- 22
- Stützrolle
- 23
- Achse
- 24
- Rolle
- 25
- Kraftkörper
- 26
- Oberfläche
- 27
- Endabschnitt
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Dichtungselement
- 30
- Raum
- 31
- Spannfutter
- 32
- Führungsrand
- 33
- Kulissenführung
- 34
- Längsachse
- 35
- Verriegelungsteil
- 36
- Kanal
- 37
- "
- 38
- "
- 39
- Detektiergehäuse
- 40
- Innenraum
- 41
- Ansatz
- 42
- Mikroschalter
- 43
- "
- 44
- Teil, verstellbares
- 45
- Steckergehäuse
- L
- Längenabschnitt
- X
- Hubrichtung
- Y
- "
