DE102021000171B3

DE102021000171B3 - Kniehebelspannvorrichtung mit geradliniger Spannkraft und Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102021000171B3
Application number: DE102021000171.0A
Authority: DE
Inventors: Josef Tünkers
Original assignee: Olaf und Andre Tuenkers GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dipl-Ing Olaf Tuenkers 40883 Ratingen); Olaf und Andre Tuenkers GbR Vertretungsberechtigter Ges Dipl Ing Olaf Tuenkers 40883 Ratingen
Current assignee: Olaf und Andre Tuenkers GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dipl-Ing Olaf Tuenkers 40883 Ratingen); Olaf und Andre Tuenkers GbR Vertretungsberechtigter Ges Dipl Ing Olaf Tuenkers 40883 Ratingen
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2041-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, deren Spannarm über eine Kniehebelgelenkanordnung durch einen in entgegengesetzten Richtungen antreibenden Elektromotor über einen Spindeltrieb angetrieben ist. Die Verbindung zwischen Kniehebelspannanordnung und Schraubspindel wird durch einen Führungsschlitten bewirkt, der mit der Schraubspindel mit einem Gelenk verbunden ist, so dass der Führungsschlitten gegenüber der Schraubspindel um ein begrenztes Maß in entgegengesetzten Richtungen schwenkbeweglich ist.

Description

Gattung
Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung mit geradliniger Spannkraft und Spindelantrieb, mit einem mehrteiligen Gehäuse, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2018 002 359 B4 ist eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem Gehäuse, einer diesem Gehäuse zugeordneten Antriebsvorrichtung, die mit einem Verstellglied und über eine Kniehebelgelenkanordnung einen schwenkbeweglichen Spannarm zum Spannen und Lösen der Bauteile auf einer Bauteilauflage in entgegengesetzten Richtungen antreibt, vorbekannt. Ein im Gehäuse befindliches Kniehebelgelenkelement bildet mit einem Drehlager des Gehäuses kraftschlüssig einen zweiseitigen Wippenhebel, wobei über diesen Wippenhebel der Spannarm nach einer Schwenkbewegung in die Spannposition einen Winkel von 90 Grad zur Achse der jeweiligen Antriebsrichtung bildet und der Spannarm aus dieser Stellung heraus mit einem parallelen Krafthub zur entgegengesetzten Antriebsrichtung von mehreren Millimetern zwischen +/-1 bis 12 Millimeter, vorzugsweise +/- 2 bis 8 Millimeter, insbesondere +/- 4 Millimeter, mit annähernd gleich bleibender Spannkraft entwickelt und mit dieser Spannkraft auf das betreffende Bauteil aufsetzt. Das Widerlager kann entweder an einer Lasche der Kniehebelgelenkanordnung oder an der Innenwand des Spannkopfes angeordnet sein. In den Spannkopfwandungen sind geradlinige in Hubrichtung sich erstreckende Führungsnuten in gegenüberliegenden Spannkopfwandungen angeordnet. Wenn der Spannkopf aus zwei sandwitchartig aufeinander liegenden Hälften besteht, sind beide Hälften mit derartigen Führungsnuten versehen, die kongruent gegenüberliegend parallel zueinander verlaufen und in denen der Gabelkopf über auf einer Schwenkachse gelagerte Rollen leichtgängig zwangsgeführt ist. Die Vorveröffentlichung beschreibt außerdem, dass die Führungsnuten an ihren oberen Enden (in der Zeichnungsebene gesehen) abweichend von der geraden Hublinie eine kurvenförmige Ausformung besitzen, die dergestalt ist, dass die Rollen stets in Kontakt mit den zugehörigen Wänden der Führungsnuten bleiben, so dass sich das Kniehebelgelenkelement in den Führungsnuten über die Schwenkachsen mit den Rollen abstützen kann. Die Ausformung ist bei einer Ausführungsform nach einem Radius verlaufend ausgestaltet, kann aber auch eine andere Kurvenform aufweisen. Der Antrieb der Kniehebelgelenkanordnung geschieht über eine Kolben-Zylinder-Einheit, der abwechselnd beidseitig Druckluft zugeführt wird, um über eine Kolbenstange das Kniehebelgelenk und damit einen Spannarm zu betätigen.
Eine ähnliche Konstruktion beschreibt die DE 10 2018 002 358 B4 .
Aus der DE 10 2005 055 966 A1 ist eine Greif- oder Spannvorrichtung, insbesondere Blechgreif- oder Blechspannvorrichtung, mit einem Pneumatikmotor, dessen Antriebswelle über ein Getriebe und eine Anlauf-Freikupplung, die mit einer Spindelwelle drehgekoppelt ist, vorbekannt. Die Spindelwelle weist einen kämmenden bei rotierender Spindelwelle axial beweglichen Stellelement auf, wobei das Stellelement mit Kraftumlenkmitteln zum Antreiben einer Spannbacke wirkverbunden ist. Die Antriebswelle, die Mittelachse des Getriebes und der Anlauf-Freikupplung und die Spindelwelle sind entlang einer Linie in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. An diesem Gehäuse ist eine feststehende Gegenbacke angeordnet. Die Steigung des Spindelgewindes der Spindelwelle ist derart gewählt, dass bei auf die Spannbacke wirkenden Kräfte eine mechanische Selbsthemmung eintritt und ein selbsttätiges Verdrehen der Spindelwelle unterbunden wird. Die Kraftumlenkmittel umfassen ein Hebelelement und ein um eine Schwenkachse schwenkbares, die Spannbacke tragendes oder bildendes Schwenkelement, wobei das Hebelelement einerseits am Stellelement und andererseits am Schwenkelement derart angeordnet ist, dass es bei rotierender Spindelwelle samt Spannbacke verschwenkt wird. Das Schwenkelement weist einen Hebelabschnitt auf, an dessen Schwenkachse abgewandten Bereich der Anlenkpunkt für das Hebelelement vorgesehen ist.
Aus der DE 11 2012 005 753 T5 ist eine elektrische Spannvorrichtung mit einem Grundkörper, einer Antriebseinheit, die durch ein elektrisches Signal drehend angetrieben wird und einer Antriebskraft generiert, vorbekannt, mit einem Antriebskraftübertragungsmechanismus mit einem Verschiebungskörper, der eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt, insbesondere durch eine Drehung der Drehantriebseinheit in einer axialen Richtung verschoben wird. Es ist ein Klemmarm vorgesehen, der relativ zu dem Grundkörper drehbar vorgesehen ist und der durch die Antriebskraft gedreht wird, um ein Werkstück zu ergreifen. Ein Verriegungsmechanismus dient zur Begrenzung der Drehung des Klemmarms beim Klemmen des Werkstücks durch den Klemmarm, wobei der Verriegelungsmechanismus durch eine Rolle gebildet wird, die drehbar an dem Klemmarm vorgesehen ist, und durch einen schrägen Abschnitt, an dem die Rolle anliegt und der um einen festgelegten Winkel relativ zu einer Verschiebungsrichtung des Verschiebungskörpers geneigt ist, wobei der schräge Abschnitt so geneigt ist, dass die Rolle beim Klemmen allmählich zu einer Seite des Klemmarms gepresst wird.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniehebelspannvorrichtung der vorausgesetzten Gattung so auszugestalten, dass sich nach einer Vielzahl von Schwenkbewegungen des Werkstückspannarms über einen Spindeltrieb, der durch einen Elektromotor in entgegengesetzten Richtungen angetrieben wird, ein störungsfreier, gleichmäßiger Gang erzielen lässt, wenn die Kniehebelspannvorrichtung keine Totpunktlage aufweist.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kniehebelspannvorrichtung gelöst, mit einem mehrteiligen Gehäuse, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einer in einem dem Gehäuse zugeordneten Spannkopf angeordneten Kniehebelgelenkanordnung, die durch eine an beiden Endabschnitten in Wälzlagern gelagerte und durch eine in entgegengesetzten Richtungen durch einen Elektromotor oder Servomotor angetriebene Spindel betätigbar ist, wobei die Spindel in entgegengesetzten Richtungen eine Gelenkmutter antreibt, die mit der als Kniehebelgelenkgetriebe ausgebildeten Kniehebelgelenkanordnung durch einen Führungsschlitten über ein Gelenk getrieblich verbunden ist, wobei in den Wänden des Spannkopfes und/oder des Gehäuses auf diametral gegenüberliegenden Seiten gleichgroße und gleichgeformte in Hubrichtung der Gelenkmutter sich erstreckende Führungsnuten angeordnet sind, in denen der Führungsschlitten mit der Kniehebelgelenkanordnung mit mehreren hinter- und/oder nebeneinander angeordneten Führungsrollen reibungsarm geführt ist, die auf Gelenkbolzen des Führungsschlittens und der Kniehebelgelenkanordnung gelagert sind, wobei gegenüberliegende Führungswände der Führungsnuten für die Führungsrollen des Führungsschlittens oder der Kniehebelgelenkanordnung kurvenförmig zu einer Seite der Spindellängsachse hin gekrümmt verlaufend angeordnet sind, derart, dass ein Werkstückspannarm über einen vorbestimmten Schwenkbereich keine Totpunktlage durchläuft, wobei sich ein in dem Spannkopf befindliches Kniehebelgelenkelement über ein Widerlagerelement an dem Spannkopf nach einer vorbestimmten Schwenkbewegung kraftschlüssig abstützt und der Werkstückspannarm nach einer Schwenkbewegung in die Spannbewegung parallel zur Längsachse der Spindel aus dieser Stellung heraus mit einem parallelen Krafthub von mehreren Millimetern mit annähernd gleichbleibender Spannkraft angetrieben ist und mit dieser Spannkraft auf das betreffende Bauteil flächig aufsetzt und spannt, wobei der Führungsschlitten mit der Spindel durch das Gelenk um ein begrenztes Maß schwenkbeweglich ist.
Einige Vorteile
Die erfindungsgemäße Kniehebelspannvorrichtung vereinigt die durch die DE 10 2018 002 358 B4 und DE 10 2018 002 359 B4 bereits erzielten vorteilhaften Eigenschaften, weil auf eine an beiden Endabschnitten in Wälzlagern gelagerte Schraubspindel keine schädlichen Kräfte übertragen werden können und damit ein gleichmäßiger Gang erzielt wird, da die Spindel mit dem Führungsschlitten über ein Gelenk verbunden ist, so dass trotz der kurvenförmigen, eine Totpunktlage vermeidende Gestaltung der Führungsnuten im oberen Endhub (Spannhub) des Spannarms keine schädigenden Biegebeanspruchungen auf die Spindel übertragen werden. Der Elektroantrieb ermöglicht darüber hinaus einen praktisch emissionsfreien Antrieb, so dass Verschmutzungen durch auslaufendes Hydrauliköl vermieden werden. Hydraulikleitungen, Kompressoren und die Drucküberwachung entfallen, so dass sich ein besonders präziser Antrieb des Führungsschlittens und damit des Spannarms erzielen lässt, der bei dem beschriebenen Krafthub flächig auf die Bauteile aufsetzt und dadurch eine präzise flächige Krafteinleitung in die Bauteile ermöglicht. Das Gelenk, das den Führungsschlitten mit der Spindel verbindet, hält alle Erschütterungen, die möglicherweise vom Spannarm über das Kniehebelgelenk ausgehen, von dem Spindelantrieb fern, so dass ein präziser Antrieb des Spannarms für viele Spannzyklen erhalten bleibt. Im Bedarfsfalle kann die Gelenkmutter zum Beispiel durch einen gummiartige Eigenschaften aufweisenden Körper ersetzt werden, der eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Hülse mit Gewinde umschließt, wobei der Körper eine gewisse Ortsverlagerung des Führungsschlittens in Bezug auf die Spindel ermöglicht. Solche Kunststoffe lassen sich zum Beispiel bei den Polyurethanen finden, die im Bedarfsfalle eine geringe Hysterese aufweisen und bei mehrfacher Beanspruchung immer wieder in die Ausgangslage zurückgehen, also einen präzisen Antrieb des Spindeltriebs und damit des Kniehebelgelenks und des Spannarms gewährleisten.
Weitere erfinderische Ausgestaltungen
Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
In Patentanspruch 2 ist eine Kniehebelspannvorrichtung beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gelenkmutter als Zylinder mit Gewinde ausgebildet ist und in einer Gelenkpfanne des Führungsschlittens angeordnet ist, wobei die Gelenkpfanne an koaxial gegenüberliegenden Seitenflächen mit je einer trichterförmigen Erweiterung versehen ist, deren gegenüberliegende Wände jeweils eine relative Schwenkbewegung der Spindel in Bezug auf den Führungsschlitten begrenzen.
Gemäß Patentanspruch 3 ist die Kniehebelspannvorrichtung erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass die Spindel und die Gelenkmutter jeweils mit einem selbsthemmenden Trapezgewinde versehen sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Patentanspruch 4 der Krafthub des Werkstückspannarms 2 bis 8 oder 4 bis 5 Millimeter beträgt. Auf diese Weise lassen sich Toleranzen der zu spannenden blechförmigen Bauteile problemlos ausgleichen.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 5 ist die Spindel mit einem selbsthemmenden metrischen Gewinde versehen ist. Je nach Anwendungsfall kann die Steigung des Gewindes und damit die Feinfühligkeit der Hubbewegung geändert werden, wobei allerdings Selbsthemmung gewährleistet sein muss.
Eine weitere Ausführungsform ist in Patentanspruch 6 beschrieben, bei welcher das Widerlagerelement mit einer als Lasche oder Laschen ausgebildeten Kniehebelgelenkelement der Kniehebelgelenkanordnung bei Einleitung des Krafthubes zusammenwirkt, wobei in dieser Stellung sich der Mittelpunkt des Widerlagerelements vor dem Mittelpunkt des Gelenkbolzen, in Richtung des Werkstückspannarms gesehen, befindet.
Wie aus Patentanspruch 7 hervorgeht, ist das Widerlagerelement entweder an der Innenseite des Spannkopfes oder an der der Innenwand des Spannkopfes zugekehrten Seitenfläche der Lasche angeordnet und der jeweilige Mittelpunkt des Widerlagerelementes bei Beginn des Krafthubes sich in Richtung des Werkstückspannarms gesehen vor dem Mittelpunkt des Gelenkbolzens der Lasche, mit dem diese der Gehäuseachse zugeordnet ist, angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform ist gemäß Patentanspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein gummielastische Eigenschaften aufweisender Kunststoffblock ist, der dem Führungsschlitten zugeordnet ist, wobei der Kunststoffblock eine mit Innengewinde versehene Mutter aufweist und im vorbestimmten Maße eine Ortsverlagerung des Führungsschlittens gegenüber der Spindel erlaubt.
In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch und unmaßstäblich - an einem Ausführungsbeispiel für eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie veranschaulicht ist. Es zeigen:

1 Eine Kniehebelspannvorrichtung zum Beginn des Krafthubes des Spannarms in Bezug auf eine als Kiefer ausgebildete Bauteilauflage zum Anordnen der Werkstücke, im Axiallängsschnitt, teils in der Ansicht;
2 die aus 1 ersichtliche Kniehebelspannvorrichtung mit in Offenstellung geschwenktem Spannarm, ebenfalls im Axiallängsschnitt, teils in der Ansicht;
3 eine weitere Ausführungsform, als Einzelheit aus einer Kniehebelspannvorrichtung, teils im Schnitt, und
4 eine Gelenkmutter in der Seitenansicht, teils im Schnitt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein als Spannkopf ausgebildetes Gehäuse bezeichnet, das bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei sandwichartig aufeinander liegenden Gehäuseteilen besteht, die durch Schrauben (nicht dargestellt) weitgehend dicht miteinander lösbar verbunden sind und durch ein nicht näher dargestelltes Dichtelement abgedichtet flächig aufeinander liegen und die im Innenraum 2 angeordneten, nachfolgend noch zu beschreibenden Vorrichtungsteile gegen Verschmutzung gesichert umschließen und schützen.
Bei der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform ist dem auch als Gehäuse dienenden Spannkopfes 1 ein in seinen Antriebsrichtungen umsteuerbarer Elektromotor 3 lösbar zugeordnet, was aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist. Der Elektromotor 3 kann auch als Servomotor ausgestaltet sein. Der Elektromotor 3 kann mit dem Spannkopf 1 durch Schrauben funktionell einstückig, aber lösbar, verbunden sein, was im Einzelnen aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist.
Der Elektromotor 3 weist eine Antriebswelle 4 auf, die mit einer als Schraubspindel ausgebildeten Spindel 5 getrieblich verbunden ist. Die Spindel 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform mit einem selbsthemmenden Trapezgewinde 6 versehen, kann jedoch mit einem anderen selbsthemmenden Gewinde versehen sein. Die Spindel 5 bildet zusammen mit der Antriebswelle 4 einen Spindeltrieb, der an beiden Endabschnitten in Wälzlagern 7 und 8 reibungsarm gelagert ist. Das Wälzlager 7 ist in einem Deckel 9 und in einer Aussparung des Spannkopfes 1 angeordnet, während sich das Wälzlager 8 in einer Aussparung des Spannkopfes 1 befindet.
Auf der Spindel 5 ist eine mit Innengewinde 10 (4) ausgerüstete, als Zylinder ausgebildete Gelenkmutter 11 in entgegengesetzten Richtungen X - Y schraubbeweglich angeordnet.
Die Gelenkmutter 11 ist einer Gelenkpfanne 12 eines Führungsschlittens 13 schwenkbeweglich angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Gelenkpfanne 12 in axialer Richtung der Spindel 5 auf diametral gegenüberliegenden Seiten mit trichterförmigen Erweiterungen 14 und 15 versehen, so dass sich der Führungsschlitten 13 um ein begrenztes Maß gegenüber der Längsachse 16 der Gelenkmutter 11 bewegen, kippen oder schwenken kann.
Mit dem Führungsschlitten 13 ist ein Ansatz 17 verbunden, der sich in Richtung der Längsachse der Spindel 5 erstreckt. Dieser Ansatz 17 kann auch als Gabel ausgebildet sein. Mit dem Ansatz 17 ist ein Gelenkbolzen 18 verbunden, auf dem eine oder mehrere parallel zueinander angeordnete Laschen 19 schwenkbeweglich angeordnet ist bzw. sind. Auf dem Gelenkbolzen 18 sind an entgegengesetzten Endabschnitten je mindestens eine Führungsrolle 20 reibungsarm, zum Beispiel in Wälzlagern, gelagert. Die Führungsrollen 20 sind jeweils in einer Führungsnut 21 des Spannkopfes 1 rollend geführt. Die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete Führungsrolle 20 und die auf der gegenüberliegenden Seite des Spannkopfes 1 angeordnete Führungsnut 21 sind nicht dargestellt, sind aber formgleich und maßgleich ausgebildet wie die dargestellten Führungsrollen 20 und die Führungsnut 21. Die Führungsnut 21 und die Führungsnut auf der gegenüberliegenden Seite sind somit diametral gegenüberliegend angeordnet, formgleich und maßgleich und erstrecken sich mit ihren Längsachsen 22 parallel zur Spindellängsachse 23 der Spindel 5.
Über den Großteil der Länge sind die Führungsnuten 21 durch parallel gegenüberliegende Wände 24 und 25 begrenzt. Lediglich die Wand 25 ist im Bereich ihres Endabschnittes 26 in Richtung auf die Spindel 5 gekrümmt ausgebildet. Die Krümmung kann nach einem Kurvenradius oder nach einer Kurvenschar gestaltet sein, entsprechend dem mechanischen Verlauf der Hubbewegung der Kniehebelgelenkanordnung und der ihr zugeordneten Teile, was nachfolgend noch beschrieben wird. Im Bereich des gekrümmten Endabschnittes 26 ist in einer Aussparung 27 des Spannkopfes 1 ein Körper 28 angeordnet, dessen der Führungsnut 21 zugekehrten Oberflächenabschnitt mit dem kurvenförmigen Wandungsverlauf der Führungsnut 21 übereinstimmt, so dass sich ein sprungloser Übergang von der Wand 25 zum kurvenförmigen Endabschnitt 26 ergibt und die Führungsrollen 20 stetig und ruckfrei in diesem Endabschnitt 26 rollen.
Der Körper 28 besteht aus gehärtetem Stahl oder einem verschleißfesten keramischen Werkstoff.
An dem dem Gelenkbolzen 18 abgekehrten Endabschnitt ist die Lasche 19 oder die Laschen mit einem weiteren Gelenkbolzen 29 versehen. Auch an diesem Ende kann die Lasche 19 oder die Laschen zum Beispiel als Gabelkopf gestaltet sein.
Ebenso wie der Gelenkbolzen 18 ist auch der Gelenkbolzen 29 als Schwenkachse ausgebildet, wobei der Gelenkbolzen 29 mit einem Kniehebelgelenkelement 30 schwenkbeweglich gekuppelt ist.
Mit 31 ist die Kniehebelgelenkanordnung insgesamt bezeichnet.
Das Kniehebelgelenkelement 30 ist mit einem als Gehäuseachse ausgebildeten Drehbolzen 32 verbunden, die in einer zweiteiligen Gleitbuchse 33 gelagert ist, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten durch parallel zueinander verlaufende Führungsflächen 34 und 35 begrenzt ist, mit denen die Gleitbuchse 33 und damit der Drehbolzen 32 parallel zur Spindel 5 ebenfalls in Richtung X bzw. Y gegen die Rückstellkraft von einem oder mehreren vorgespannten Druckfederelement(en) 36 verschieblich ist, die jeweils in einer langlochartigen Ausnehmung 37 des Spannkopfes 1 um ein begrenztes Maß hubbeweglich in entgegengesetzten Richtungen geführt sind. Die Vorspannkraft des Druckfederelementes oder der Druckfederelemente 36 ist zum Beispiel durch jeweils ein nicht dargestelltes Widerlager, zum Beispiel jeweils ein Schraubstopfen oder dergleichen, stufenlos einstellbar. Die Druckfederelemente 36 bringen die Gleitbuchse 33 und damit die Gehäuseachse 32 wieder in ihre aus 2 dargestellte Ausgangslage zurück, wenn eine durch die Kniehebelgelenkanordnung 31 ausgeübte Kraft entfällt.
Mit 38 ist ein Werkstückspannarm bezeichnet, der in Richtung A oder B um einen Schwenkwinkel von beispielsweise 135 Grad, mithin in entgegengesetzten Richtungen, schwenkbeweglich ist und der mit einer als Kiefer ausgebildeten Bauteilauflage 39 zusammenwirkt, auf der zu spannende Bauteile 40, insbesondere aus dem Karosseriebau der Kfz-Industrie, zu spannen sind, bis diese durch Weiterverarbeitung, zum Beispiel durch Kleben, Clinchen, Punktschweißen oder dergleichen, dauerhaft miteinander verbunden sind.
An der oberen Innenwand des Spannkopfes 1 (in der Zeichnungsebene gesehen) ist ein Widerlagerelement 41 ortsunbeweglich angeordnet, das vorliegend im Querschnitt kreisrund ausgebildet ist. Das Widerlagerelement 41 kann auch eine Platte, eine Kugel, eine Nadel oder ein Vorsprung sein. Vorteilhaftweise ist das Widerlagerelement 41 aus einem verschleißfesten Werkstoff, beispielsweise aus gehärtetem Stahl oder aus einem Keramikwerkstoff, gebildet. Wenn es eine Platte ist, ist diese in einer Aussparung angeordnet und ragt mit einem Teil ihrer Abmessungen in den Innenraum 2 des Spannkopfes 1 hinein. Eine Platte kann zum Beispiel durch Einkleben oder durch Schrauben angeordnet werden. Es ist auch denkbar, der Lasche 19 an ihrer der Innenwand des Spannkopfes 1 zugekehrten Seite ein derartiges Widerlagerelement 41 zuzuordnen (nicht dargestellt). Hierbei kann es sich um eine Kugel, eine Platte oder um einen sonstigen Körper handeln, bevorzugt aus einem verschleißfestem Werkstoff. Der Körper kann dann mit einem Oberflächenabschnitt der Innenwand des Spannkopfes 1 zusammenwirken, beispielweise mit einer Platte, die aus gehärtetem Stahl oder aus einem verschleißfestem Keramikwerkstoff besteht. Es kann sich auch um eine Nadel, ein Tonnenlager oder ein Lagerkörper in einem Käfig handeln, die um eine Achse drehbeweglich sind. Auch eine Kugel kann aus gehärtetem Stahl in einem Käfig sein oder es kann ein Gleitelement vorgesehen sein, dass das Widerlagerelement 41 bildet (im Einzelnen nicht dargestellt).
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Widerlagerelement 41 im Innenraum 2 oben links (in der Zeichnungsebene gesehen) angeordnet. Von einer entsprechenden Hubstellung der Gelenkmutter 11 durch entsprechende Drehbewegungen der Spindel 5 gelangt die Lasche 19 oder die Laschen mit ihrer Rückseite 42 zur Anlage an das Widerlagerelement 41 (1). Dadurch wird die Aktionskraft der Lasche 19 oder der Laschen bei weiterer Hubverstellung der Gelenkmutter 11 in das Widerlagerelement 41 eingeleitet, so dass eine entsprechende Reaktionskraft auf die Lasche 19 oder die Laschen und damit auf die Kniehebelgelenkanordnung 31 ausgeübt wird. In dieser Stellung befindet sich der Mittelpunkt des Widerlagerelements 41 (1) vor dem Mittelpunkt des Gelenkbolzens 29, also in Richtung des Werkstückspannarms 38 (in der Zeichnungsebene gesehen). Dadurch werden zwei unterschiedliche Hebelarme an der Kniehebelgelenkanordnung 31 gebildet, also die Kraft, die von der Spindel 5 über die Gelenkmutter 11 auf die Lasche 19 oder die Laschen ausgeübt wird, entsprechend übersetzt und auf den Gelenkbolzen 29 als Reaktionskraft und als Aktionskraft auf den Drehbolzen 32 übertragen.
Bei einer weiteren Verstellung der Gelenkmutter 11, beispielsweise aus der Position gemäß 1, gleitet die Kniehebelgelenkanordnung 31 mit der Lasche 19 oder den Laschen an dem Widerlagerelement 41 mit seiner Rückseite 42 entlang und verschiebt den Drehbolzen 32 mit der Gleitbuchse 33 gegen die Rückstellkraft des Druckfederelementes bzw. der Druckfederelemente 36 in der langlochartigen Ausnehmung 37 mit den Führungsflächen 34 und 35, also geradlinig in Richtung Y, wodurch auch der Werkstückspannarm 38 parallel zur Hubrichtung X - Y, also parallel zur Längsachse 23 der Spindel 5, mit gleichbleibender oder annähernd gleichbleibender Spannkraft bewegt wird und mit dieser auf die Bauteile 40 parallel und flächig aufsetzt und dadurch die Spannkraft auch flächig auf die Bauteile 40 einleitet.
Je nach Wahl der Übersetzungsverhältnisse und Größenabmessungen der Kniehebelgelenkanordnung 31 kann der parallele Hub in Richtung Y zur Längsachse 23 der Spindel 5 mehrere Millimeter, zum Beispiel 4 bis 5 Millimeter, betragen. Man kann je nach den Abmessungen der Hebelübersetzungen und Abmessungen der Kniehebelgelenkanordnung 31 diesen Hub, der mit T in 1 schematisch bezeichnet ist, variieren und demgemäß maßgeblich vergrößern oder verkleinern.
Die Stellung der Gelenkmutter 11 wird durch sensorische Abfrageelemente bestimmt.
In der Spannstellung, also beim Parallelhub des Werkstückspannarms 38 (1), nimmt die Längsachse und die durch die Längsachse der Gehäuseachse 32 verlaufende Mittellinie 43 einen Winkel α von 90 Grad ein, der in dieser Stellung auch 90 Grad zur Längsachse 23 der Spindel 5 entspricht.
Statt Druckfederelemente 36 können auch Zugfedern eingesetzt werden, die mit der Gleitbuchse 33 und dem Spannkopf 1 verbunden sind. Im Gegensatz zur geradlinigen Ausgestaltung der Rückseite 42 der Lasche 19 kann diese auch kurvenförmig verlaufen, zum Beispiel konvex in Richtung auf das Widerlagerelement 41 sein.
Aus 3 erkennt man zum Beispiel, dass das Widerlagerelement 41 sich in der Lasche 19 oder den Laschen befindet und zum Beispiel als Rolle, Kugel, Tonne oder Nadel ausgebildet ist und mit der kurvenförmig gestalteten Innenfläche 44 des Spannkopfes 1 zusammenwirkt. In diesem Fall wird somit die Aktionskraft über das Widerlagerelement 41 der Lasche 19 auf die Innenfläche 44 des Spannkopfes 1 übertragen, die ihrerseits die Reaktionskraft auf den Gelenkbolzen 29 und damit auf die Gleitbuchse 33 und auf die Gehäuseachse 32 überträgt.
Bezugszeichenliste

1: Spannkopf
2: Innenraum
3: Elektromotor, Servomotor
4: Antriebswelle
5: Spindel, Schraubspindel
6: Trapezgewinde, Schraubgewinde
7: Wälzlager
8: ‟
9: Deckel
10: Innengewinde
11: Gelenkmutter, Gelenk
12: Gelenkpfanne
13: Führungsschlitten
14: Erweiterung, trichterförmige
15: " , "
16: Längsachse der Gelenkmutter 11
17: Ansatz
18: Gelenkbolzen
19: Lasche, Kniehebelgelenkelement
20: Führungrolle
21: Führungsnut
22: Längsachse
23: Spindellängsachse
24: Wand
25: "
26: Endabschnitt
27: Aussparung
28: Körper
29: Gelenkbolzen
30: Kniehebelgelenkelement
31: Kniehebelgelenkanordnung
32: Gehäuseachse, Drehbolzen
33: Gleitbuchse
34: Führungsfläche
35: "
36: Druckfederelement
37: Ausnehmung, langlochartige
38: Werkstückspannarm
39: Bauteilauflage
40: Bauteil
41: Widerlagerelement
42: Rückseite
43: Mittellinie
44: Innenfläche
X: Hubrichtung
Y: "
A: Schwenkrichtung
B: "
T: Hub
α: Winkel

Claims

Kniehebelspannvorrichtung, mit einem mehrteiligen Gehäuse, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einer in einem dem Gehäuse zugeordneten Spannkopf angeordneten Kniehebelgelenkanordnung (31), die durch eine an beiden Endabschnitten in Wälzlagern (7, 8) gelagerte und durch eine in entgegengesetzten Richtungen (X - Y) durch einen Elektromotor oder Servomotor (3) angetriebene Spindel betätigbar ist, wobei die Spindel (5) in entgegengesetzten Richtungen eine Gelenkmutter (11) antreibt, die mit der als Kniehebelgelenkgetriebe ausgebildeten Kniehebelgelenkanordnung (31) durch einen Führungsschlitten (13) über ein Gelenk (11) getrieblich verbunden ist, wobei in den Wänden des Spannkopfes (1) und/oder des Gehäuses auf diametral gegenüberliegenden Seiten gleichgroße und gleichgeformte in Hubrichtung (X - Y) der Gelenkmutter (11) sich erstreckende Führungsnuten (21) angeordnet sind, in denen der Führungsschlitten (13) mit der Kniehebelgelenkanordnung (31) mit mehreren hinter- und/oder nebeneinander angeordneten Führungsrollen (20) reibungsarm geführt ist, die auf Gelenkbolzen (18) des Führungsschlittens (13) und der Kniehebelgelenkanordnung (31) gelagert sind, wobei gegenüberliegende Führungswände der Führungsnuten (21) für die Führungsrollen (20) des Führungsschlittens (13) oder der Kniehebelgelenkanordnung (31) kurvenförmig zu einer Seite der Spindellängsachse (23) hin gekrümmt verlaufend angeordnet sind, derart, dass ein Werkstückspannarm (38) über einen vorbestimmten Schwenkbereich keine Totpunktlage durchläuft, wobei sich ein in dem Spannkopf (1) befindliches Kniehebelgelenkelement (19) über ein Widerlagerelement (41) an dem Spannkopf (1) nach einer vorbestimmten Schwenkbewegung (A - B) kraftschlüssig abstützt und der Werkstückspannarm (38) nach einer Schwenkbewegung (A) in die Spannbewegung parallel zur Längsachse (23) der Spindel (5) aus dieser Stellung heraus mit einem parallelen Krafthub (Y) von mehreren Millimetern mit annähernd gleichbleibender Spannkraft angetrieben ist und mit dieser Spannkraft auf das betreffende Bauteil (40) flächig aufsetzt und spannt, wobei der Führungsschlitten (13) mit der Spindel (5) durch das Gelenk (11) um ein begrenztes Maß schwenkbeweglich ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkmutter (11) des Gelenks (11) als Zylinder mit Innengewinde (10) ausgebildet ist und in einer Gelenkpfanne (12) des Führungsschlittens (13) angeordnet ist, wobei die Gelenkpfanne (12) an koaxial gegenüberliegenden Seitenflächen mit je einer trichterförmigen Erweiterung (14, 15) versehen ist, deren gegenüberliegende Wände jeweils eine relative Schwenkbewegung der Spindel (5) in Bezug auf den Führungsschlitten (13) begrenzen.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (5) und die Gelenkmutter (11) jeweils mit einem selbsthemmenden Trapezgewinde (6) versehen sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krafthub (Y) des Werkstückspannarms (38) 2 bis 8 oder 4 bis 5 Millimeter beträgt.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (5) mit einem selbsthemmenden metrischen Gewinde versehen ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerelement (41) mit einer als Lasche (19) oder Laschen ausgebildeten Kniehebelgelenkelement der Kniehebelgelenkanordnung (31) bei Einleitung des Krafthubes (Y) zusammenwirkt, wobei in dieser Stellung sich der Mittelpunkt des Widerlagerelements (41) vor dem Mittelpunkt des Gelenkbolzen (29), in Richtung des Werkstückspannarms (38) gesehen, befindet.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerelement (41) an der der Innenwand des Spannkopfes (1) zugekehrten Seitenfläche der Lasche (19) angeordnet ist und dass der jeweilige Mittelpunkt des Widerlagerelementes (41) bei Beginn des Krafthubes (Y) sich in Richtung des Werkstückspannarms (38) gesehen vor dem Mittelpunkt des Gelenkbolzens (29) der Lasche (19), mit dem diese der Gehäuseachse (32) zugeordnet ist, angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (11) ein gummielastische Eigenschaften aufweisender Kunststoffblock ist, der dem Führungsschlitten (13) zugeordnet ist, wobei der Kunststoffblock eine mit Innengewinde versehene Mutter aufweist und im vorbestimmten Maße eine Ortsverlagerung des Führungsschlittens (13) gegenüber der Spindel (5) erlaubt.