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Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Spannvorrichtung, aufweisend einen Grundkörper, der ausgebildet ist zur Befestigung der Werkstück-Spannvorrichtung an einer Aufspannplatte, wenigstens eine relativ zum Grundkörper zwischen einer Offenstellung und einer Spannstellung verstellbar gelagerte Spannbacke, sowie ein Stellmittel zum Verstellen der Spannbacke zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Spannstellung.
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Die
DE 20 2013 102 380 U1 offenbart eine Bearbeitungseinrichtung für Bauteile, wobei die Bearbeitungseinrichtung eine Bauteilaufnahme und ein Bearbeitungsgerät aufweist. Die Bauteilaufnahme ist als flexible Aufnahme mit einem veränderlichen Aufnahmebett ausgebildet, welches von mehreren verstellbaren Aktoren und hiervon getragenen, austauschbaren Aufnahmeköpfen gebildet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkstück-Spannvorrichtung zu schaffen, mit der Werkstücke auch unter besonders engen Platzverhältnissen zuverlässig aufgespannt werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Werkstück-Spannvorrichtung aufweisend einen Grundkörper, der ausgebildet ist zur Befestigung der Werkstück-Spannvorrichtung an einer Aufspannplatte, wenigstens eine relativ zum Grundkörper zwischen einer Offenstellung und einer Spannstellung verstellbar gelagerte Spannbacke, sowie ein Stellmittel zum Verstellen der Spannbacke zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Spannstellung, und ein Getriebe, das ausgebildet ist, die Spannbacke zu führen und zwar während einer von dem Werkstück weggehenden Öffnungsbewegung der Spannbacke in einer Öffnungsrichtung mit einer zusätzlichen ersten Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in einer ersten Drehrichtung um die Öffnungsrichtung dreht und während einer auf das Werkstück zugehenden Schließbewegung der Spannbacke in einer zur Öffnungsrichtung entgegengesetzten Schließrichtung mit einer zusätzlichen zweiten Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in derselben ersten Drehrichtung dreht, wie während der Öffnungsbewegung.
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Aus dem Stand der Technik sind vorrangig Schwenkspanner und Kniehebelspanner bekannt. Hierbei geht jedoch die Öffnungsbewegung der Spannbacke stets in entgegengesetzter Richtung zur Schließbewegung der Spannbacke. Darüber hinaus klappt ein Kniehebelspanner seitlich ein und benötigt somit in Breiterichtung einen sehr großen freien Platz. Schwenkspanner benötigen einen relativ großen Winkelsektor innerhalb dem der Schwenkspanner hin schwenkt und her schwenkt.
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Automatisch arbeitende Schwenkspanner oder Kniehebelspanner ließen sich mit einer Kombination aus mehreren Aktoren bewerkstelligen. Diese müssten jedoch stets in eine Ausgangsstellung zurückkehren oder es müsste ein Rundtisch verbaut werden, was nicht kostengünstig zu realisieren ist.
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Um Bauteile auch möglichst lange gespannt zu lassen, sieht die Erfindung in eine Ausführungsform beispielsweise einen als Schwenkarm ausgebildete Spannbacke vor, die sich beispielsweise im Uhrzeigersinn - oder in einer anderen Ausführung entgegen dem Uhrzeigesinn - schließen und dann auch im selben Drehsinn auch wieder öffnen lässt. Dies ist bei den bekannten Spannern nicht möglich.
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Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Getriebes ist an den Revolverdrehmechanismus eines Webley-Fosbery-Revolvers angelehnt.
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Beispielsweise beim Rührreibschweißen müssen häufig Werkstück-Spanner, deren Spannbacken in der Nähe der zu erzeugenden Schweißbahn liegen, geöffnet werden. Da die Schweißspindel der Rührreibschweißvorrichtung eine relativ große Störkontur besitzt, müssen konventionelle Spanner relativ früh geöffnet werden, und/oder sie müssen sehr lange geöffnet bleiben. Durch die erfindungsgemäße in die gleiche Richtung erfolgende Rotation der Spannbacke, kann der Spanner sehr lange geschlossen bleiben und muss erst sehr kurz vor der Schweißspindel geöffnet werden, da sich die Spannbacke aufgrund der erfindungsgemäßen Drehbewegung beim Öffnen von der Spindel stets wegdreht. Zum erneuten Schließen kann die rotierte Spannbacke hinten der Schweißspindel wieder annähern und sich somit sehr frühzeitig wieder schließen, da sich die Spannbacke stets auch der Bewegungsrichtung der Schweißspindel in ihre Spannposition bewegt, d.h. in Schweißrichtung in ihre Spannposition bewegt.
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Um die Rotationsbewegung zu realisieren wird an einem handelsüblichen Stell-Zylinder eine Zick-Zack-Kulisse angebracht. Diese Kulisse teilt den Zylinderhub in drei Teile auf. Der erste Teil bewirkt ein rein geradliniges Absenken, darauf folgt eine Rotation beispielsweise um 90° während des zweiten Hubabschnitts. Zuletzt erfolgt wieder ein geradliniger Spannhub. Durch die Zick-Zack-Kulisse rotiert der Spanner beim Öffnen jedoch nicht in entgegengesetzter Drehrichtung wieder zurück, sondern er rotiert in derselben Drehrichtung beispielsweise um 90° weiter, wie beim Schließen.
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Um in der geschlossenen Position ein Spannen auf ein Bauteil zu ermöglichen, weist der Spannarm zwei Auflagen auf, die um 180° gedreht zueinander angeordnet sind. Somit steht der Spannarm bei ausgefahrenem Stell-Zylinder jeweils parallel zum Werkstück und im eingefahrenen Zustand jeweils senkrecht zum Werkstück.
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Durch eine entsprechende rechte und linke Kulisse am Getriebe kann die Drehrichtung festgelegt werden. Durch den Austausch dieser Kulissen kann die Drehrichtung auch gewechselt werden.
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IN einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die von dem Werkstück weggehende Öffnungsbewegung der Spannbacke aufgeteilt ist, in einen ersten Öffnungsbewegungsabschnitt zu Beginn der Öffnungsbewegung, in dem die Spannbacke ausschließlich in einer von dem Werkstück weggehenden linearen Öffnungsbewegung bewegt wird, ohne dass die zusätzliche erste Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in einer ersten Drehrichtung um die Öffnungsrichtung dreht, durchgeführt wird, und in einen anschließenden zweiten Öffnungsbewegungsabschnitt, in dem die Spannbacke sowohl in der von dem Werkstück weggehenden linearen Öffnungsbewegung weiterbewegt wird, als auch in der zusätzlichen ersten Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in einer ersten Drehrichtung um die Öffnungsrichtung dreht.
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Die auf das Werkstück zugehende Schließbewegung der Spannbacke kann aufgeteilt sein, in einen ersten Schließbewegungsabschnitt zu Beginn der Schließbewegung, in dem die Spannbacke sowohl in einer auf das Werkstück zugehenden linearen Schließbewegung bewegt wird, als auch in der zusätzlichen zweiten Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in der ersten Drehrichtung weiterdreht, und in einen anschließenden zweiten Schließbewegungsabschnitt, in dem die Spannbacke ausschließlich in der auf das Werkstück zugehenden linearen Schließbewegung bewegt wird, ohne dass die zusätzliche zweite Bewegungskomponente, durch die sich die Spannbacke in der ersten Drehrichtung dreht, durchgeführt wird.
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Die zusätzliche erste Bewegungskomponente und die zusätzliche zweite Bewegungskomponente können jeweils eine Drehbewegung sein, die in derselben Drehrichtung ausgeführt wird und zwar um eine Drehachse, die parallel zur linearen Öffnungsbewegung und linearen Schließbewegung verläuft.
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Die lineare Öffnungsbewegung und die lineare Schließbewegung können jeweils senkrecht zu einer Spannoberfläche des Werkstücks ausgeführt werden, auf welcher Spannoberfläche die Spannbacke in ihrer Spannstellung klemmend aufliegt.
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Das Getriebe kann als ein Kurvengetriebe ausgebildet sein, das einen ersten Kreiszylinderkörper umfasst, der wenigstens eine Nut aufweist, wobei das Kurvengetriebe einen zum ersten Kreiszylinderkörper koaxial angeordneten zweiten Kreiszylinderkörper umfasst, dem wenigstens ein Stift zugeordnet ist, der in die wenigstens eine Nut eingreift.
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Der erste Kreiszylinderkörper des Kurvengetriebes kann an seiner äußeren Mantelwand die wenigstens eine Nut aufweisen, der erste Kreiszylinderkörper kann dabei mit einer Hubstange der Werkstück-Spannvorrichtung verbunden sein, wobei die Hubstange zwischen der Offenstellung und der Spannstellung der Spannbacke linear verstellbar gelagert ist und die Hubstange die Spannbacke trägt, wobei der wenigstens eine Stift an einer inneren Mantelwand eines den ersten Kreiszylinderkörper koaxial umgebenden zweiten Kreiszylinderkörper des Kurvengetriebes befestigt und der zweite Kreiszylinderkörper mit dem Grundkörper der Werkstück-Spannvorrichtung fest verbunden ist.
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Die Spannbacke kann von einem stabförmigen Spannkörper oder Spannarm gebildet werden, der einen mittleren Stababschnitt aufweist, der um eine senkrecht zur Längserstreckung des stabförmigen Spannkörpers verlaufende Drehachse relativ zum Grundkörper drehbar gelagert ist, und einen vom mittleren Stababschnitt auskragenden ersten Spannbackenabschnitt und einen vom mittleren Stababschnitt in entgegengesetzte Richtung auskragenden zweiten Spannbackenabschnitt aufweist.
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Die Öffnungsbewegung der Spannbacke kann eine Drehung um 90 Grad in die erste Drehrichtung sein und die Schließbewegung der Spannbacke kann dabei eine weitere Drehung um 90 Grad in dieselbe Drehrichtung sein.
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Das Stellmittel zum Verstellen der Spannbacke zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Spannstellung kann einen Hubzylinder aufweisen, welcher eine hydraulisch und/oder elektrisch angetriebene Hubstange aufweist, welche die Spannbacke bewegt.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines beispielhaften Roboters, der einen Roboterarm mit Gliedern, Gelenken und Servomotoren umfasst, der ausgebildet ist, ein Rührreibschweißwerkzeug über zu verschweißende Bauteile automatisch zu führen,
- 2 eine schematische, nicht zwingend maßstabsgerechte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkstück-Spannvorrichtung,
- 3 eine schematische Teildarstellung der Werkstück-Spannvorrichtung gemäß 2 im Bereich des Getriebes in der Spannstellung der Spannbacke, und
- 4 eine schematische Teildarstellung der Werkstück-Spannvorrichtung gemäß 2 im Bereich des Getriebes in der Offenstellung der Spannbacke.
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Die 1 zeigt einen Roboter 8, der einen Roboterarm 9 und eine Steuervorrichtung 10 aufweist. Der Roboterarm 9 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete, und mittels Gelenke L1 bis L6 drehbar miteinander verbundene Glieder G1 bis G7.
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Demgemäß weist der Roboter 8 einen Roboterarm 9 mit mehreren Gelenken L1-L6 und mehreren Gliedern G1-G7 auf, die durch die Bewegungen der Gelenke L1-L6 des Roboterarms gegeneinander verstellbar sind, wobei wenigstens ein Gelenk L1-L6 ein Getriebe umfasst, welches ausgebildet ist, das wenigstens eine Gelenk L1-L6 zu verstellen und zwar durch automatisches Ansteuern eines an das Getriebe angeschlossenen elektrischen Motors M1-M6 des Roboterarms 9, und aufweisend eine Steuervorrichtung 10, die ausgebildet ist zum automatischen Ansteuern der elektrischen Motoren M1-M6 des Roboterarms 9, um die Glieder G1-G7 des Roboterarms 9 durch Bewegen der Gelenke L1-L6 automatisch gegeneinander zu verstellen.
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Der Roboter 8 weist somit die Steuervorrichtung 10 auf, die ausgebildet ist, ein Roboterprogramm auszuführen und die Glieder G1-G7 und Gelenke L1-L6 des Roboterarms 9 automatisch zu bewegen. Eines der mehreren Glieder G1-G7 bildet ein Endglied (G7) des Roboterarms 9, das einen Werkzeugflansch 11 aufweist, an dem beispielsweise eine Rührreibschweißvorrichtung 18 befestigt ist. Die Rührreibschweißvorrichtung 18 steuert ein Rührreibwerkzeug 19 auf miteinander zu verschweißenden Bauteilen 20 und 21, die mittels erfindungsgemäßer Werkstück-Spannvorrichtungen 22 auf einer Aufspannplatte 23 fixiert sind.
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Die Steuervorrichtung 10 des Roboters 8 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke L1 bis L6 des Roboterarms 9 gemäß des Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Steuervorrichtung 10 mit ansteuerbaren elektrischen Antrieben, den Motoren M1 bis M6 verbunden, die ausgebildet sind, die jeweiligen Gelenke L1 bis L6 des Roboterarms 9 zu verstellen.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfassen die Glieder G1 bis G7 ein Robotergrundgestell 13 und ein Karussell 14. Das Karussell 14 ist relativ zum Robotergrundgestell 13 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagert. Weitere Glieder des Roboterarms 9 sind eine Schwinge 15, ein Armausleger 16 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 17 mit einer als Werkzeugflansch 11 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs. Die Schwinge 15 ist am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk L2 der Schwinge 15 auf dem Karussell 14 um die Drehachse A2 schwenkbar gelagert.
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Am oberen Ende der Schwinge 15 ist an dem ersten Gelenk L3 der Schwinge 15 wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 16 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 17 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6. Die Gelenke L1 bis L6 sind durch jeweils einen der elektrischen Motoren M1 bis M6 über die Steuervorrichtung 10 programmgesteuert antreibbar.
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Ein repräsentatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkstück-Spannvorrichtung 22 ist in 2 bis 4 näher gezeigt.
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Die Werkstück-Spannvorrichtung 22 weist einen Grundkörper 24 auf, der ausgebildet ist zur Befestigung der Werkstück-Spannvorrichtung 22 an der Aufspannplatte 23. Außerdem weist die Werkstück-Spannvorrichtung 22 wenigstens eine relativ zum Grundkörper 24 zwischen einer Offenstellung O und einer Spannstellung S verstellbar gelagerte Spannbacke 25 auf, sowie ein Stellmittel 26 zum Verstellen der Spannbacke 25 zwischen ihrer Offenstellung O und ihrer Spannstellung S. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist das Stellmittel 26 als eine hydraulisch angetriebene Hubstange 27 ausgebildet.
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Die Werkstück-Spannvorrichtung 22 weist ein Getriebe 28 auf, das ausgebildet ist, die Spannbacke 25 zu führen und zwar während einer von dem Werkstück 20, 21 weggehenden Öffnungsbewegung der Spannbacke 25 in einer Öffnungsrichtung R1 mit einer zusätzlichen ersten Bewegungskomponente K1, durch die sich die Spannbacke 25 in einer ersten Drehrichtung D1 um die Öffnungsrichtung dreht und während einer auf das Werkstück 20, 21 zugehenden Schließbewegung der Spannbacke 25 in einer zur Öffnungsrichtung R1 entgegengesetzten Schließrichtung R2 mit einer zusätzlichen zweiten Bewegungskomponente K2, durch die sich die Spannbacke 25 in derselben ersten Drehrichtung D1 dreht, wie während der Öffnungsbewegung.
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Die von dem Werkstück 20, 21 weggehende Öffnungsbewegung der Spannbacke 25 ist aufgeteilt, in einen ersten Öffnungsbewegungsabschnitt A1 zu Beginn der Öffnungsbewegung, in dem die Spannbacke 25 ausschließlich in einer von dem Werkstück 20, 21 weggehenden linearen Öffnungsbewegung bewegt wird, ohne dass die zusätzliche erste Bewegungskomponente K1, durch die sich die Spannbacke 25 in einer ersten Drehrichtung D1 um die Öffnungsrichtung dreht, durchgeführt wird, und in einen anschließenden zweiten Öffnungsbewegungsabschnitt A2, in dem die Spannbacke 25 sowohl in der von dem Werkstück 20, 21 weggehenden linearen Öffnungsbewegung weiterbewegt wird, als auch in der zusätzlichen ersten Bewegungskomponente K1, durch die sich die Spannbacke 25 in einer ersten Drehrichtung D1 um die Öffnungsrichtung dreht.
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Die auf das Werkstück 20, 21 zugehende Schließbewegung der Spannbacke 25 ist aufgeteilt, in einen ersten Schließbewegungsabschnitt B1 zu Beginn der Schließbewegung, in dem die Spannbacke 25 sowohl in einer auf das Werkstück 20, 21 zugehenden linearen Schließbewegung bewegt wird, als auch in der zusätzlichen zweiten Bewegungskomponente K2, durch die sich die Spannbacke 25 in der ersten Drehrichtung D1 weiterdreht, und in einen anschließenden zweiten Schließbewegungsabschnitt B2, in dem die Spannbacke 25 ausschließlich in der auf das Werkstück 20, 21 zugehenden linearen Schließbewegung bewegt wird, ohne dass die zusätzliche zweite Bewegungskomponente K2, durch die sich die Spannbacke 25 in der ersten Drehrichtung D1 dreht, durchgeführt wird.
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Die zusätzliche erste Bewegungskomponente K1 und die zusätzliche zweite Bewegungskomponente K2 sind jeweils eine Drehbewegung, die in derselben Drehrichtung D1 ausgeführt werden und zwar um eine Drehachse, die parallel zur linearen Öffnungsbewegung und linearen Schließbewegung verläuft.
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Die lineare Öffnungsbewegung und die lineare Schließbewegung werden im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels jeweils senkrecht zu einer Spannoberfläche des Werkstücks 20, 21 ausgeführt, auf welcher Spannoberfläche die Spannbacke 25 in ihrer Spannstellung klemmend aufliegt, wie dies in 1 an der links dargestellten Spannbacke 25 aufgezeigt ist.
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Das Getriebe 28 ist im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels als ein Kurvengetriebe ausgebildet, das einen ersten Kreiszylinderkörper 29 umfasst, der wenigstens eine Nut 30 aufweist, wobei das Kurvengetriebe einen zum ersten Kreiszylinderkörper 29 koaxial angeordneten zweiten Kreiszylinderkörper 31 umfasst, dem wenigstens ein Stift 32 zugeordnet ist, der in die wenigstens eine Nut 30 eingreift. Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst der zweite Kreiszylinderkörper 31 eine kreiszylindrische Innenwand in einem Führungsblock 33 (2). Von der kreiszylindrischen Innenwand des Führungsblocks 33 springt der Stift 32 nach innen vor und zwar in die Nut 30 hinein. Die Nut 30 erstreckt sich dabei in einer kreiszylindrischen Außenwand des ersten Kreiszylinderkörpers 29. Der erste Kreiszylinderkörper 29 ist in Art einer Gleitpassung in dem zweiten Kreiszylinderkörper 31 drehbar und höhenverstellbar geführt.
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Demgemäß weist im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels der erste Kreiszylinderkörper 29 des Kurvengetriebes an seiner äußeren Mantelwand die wenigstens eine Nut 30 auf, der erste Kreiszylinderkörper 29 ist mit der Hubstange 27 der Werkstück-Spannvorrichtung 22 verbunden, wobei die Hubstange 27 zwischen der Offenstellung O und der Spannstellung S der Spannbacke 25 linear verstellbar gelagert ist und die Hubstange 27 die Spannbacke 25 trägt, wobei der wenigstens eine Stift 32 an einer inneren Mantelwand des den ersten Kreiszylinderkörper 29 koaxial umgebenden zweiten Kreiszylinderkörper 31 des Kurvengetriebes befestigt und der zweite Kreiszylinderkörper 31 mit dem Grundkörper 24 der Werkstück-Spannvorrichtung 22 fest verbunden ist.
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Die Spannbacke 25 wird im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels von einem stabförmigen Spannkörper gebildet, der einen mittleren Stababschnitt ST3 aufweist, der um eine senkrecht zur Längserstreckung des stabförmigen Spannkörpers verlaufende Drehachse D relativ zum Grundkörper 24 drehbar gelagert ist, und einen vom mittleren Stababschnitt ST3 auskragenden ersten Spannbackenabschnitt ST1 und einen vom mittleren Stababschnitt ST3 in entgegengesetzte Richtung auskragenden zweiten Spannbackenabschnitt ST2 aufweist.
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Die Öffnungsbewegung der Spannbacke 25 ist im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Drehung um 90 Grad in die erste Drehrichtung D1 und die Schließbewegung der Spannbacke 25 ist eine weitere Drehung um 90 Grad in dieselbe Drehrichtung D1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013102380 U1 [0002]
