DE19732600A1 - Bauteilspanner - Google Patents

Description

Bauteilspanner werden in den verschiedensten technischen Bereichen zur momentanen Fixierung von Werkstücken einge­ setzt. Sie müssen schnell und zuverlässig arbeiten sowie über lange Einsatzzeiträume wartungsfrei vielfache Last­ wechsel gewährleisten.

In diesem Zusammenhang zählt durch die DE 35 28 337 C2 ein Bauteilspanner zum Stand der Technik, bei welchem eine Spannstange Bestandteil eines durch ein Druckfluid, wie Luft oder Hydraulikflüssigkeit, beaufschlagbaren und in einem Zylinder axial verlagerbaren Kolbens bildet. Das dem Kolben abgewandte Ende der Spannstange ist mit einem Bolzen verbunden, der zwei Rollenpaare trägt. Die Rollen des äußeren Rollenpaars laufen in geraden Schlitzen, die sich parallel zur Längsachse der Spannstange erstrecken. Die Rollen des inneren Rollenpaars laufen in bogenförmi­ gen Schlitzen eines um eine Achse schwenkbaren Spannarms.

Auch der Führungsschlitz kann ggf. bogenförmig gekrümmt sein.

Mit dieser Gestaltung sollen unkontrollierbar hohe Ein­ spannkräfte bei Selbsthemmung in der Endlage vermieden werden. Diese Bauart verlangt jedoch eine komplizierte Mechanik mit demzufolge aufwendiger Fertigung. Der Bau­ teilspanner baut durch den Führungsschlitz breit. Auf­ grund der direkten Hebelübersetzung ist ein langer Kol­ benweg und damit eine entsprechend langgestreckte Bauform zwangsläufig gegeben. Das Kniehebelprinzip wird hierbei abgewandelter Form angewandt.

Um bei einem Bauteilspanner nach dem Kniehebelprinzip in die Selbsthaltung zu kommen, ist es notwendig, mit einer Bestandteil der Kniehebelanordnung bildenden Lasche über den oberen Totpunkt zu fahren. Dabei steigt die Kraft in der Lasche theoretisch bis ins Unendliche. In der Praxis wird die Kraft durch elastische Verformungen im gesamten System begrenzt. Dies bedeutet jedoch Verschleiß. Weiter­ hin kann nicht sichergestellt werden, daß der Spannarm bei hohen Spannkräften auch tatsächlich über den Totpunkt geschwenkt wird. Die maximale Spannkraft wird durch die zur Verfügung stehende Energie, insbesondere Druckluft, bestimmt. Ist diese in einem Druckluftzylinder herr­ schende Zylinderkraft nicht groß genug, um die erforder­ lichen Spannkräfte am Spannarm aufzubringen, fährt die Lasche nicht über den Totpunkt und somit auch nicht in die Selbsthaltung.

Die DE 31 30 942 A1 offenbart einen Bauteilspanner nach dem Kniehebelprinzip. An das freie Ende einer mit einem druckmittelbeaufschlagten Kolben verbundenen Kolbenstange ist eine federnd nachgiebig gestaltete Lasche angelenkt, die außerdem mit einem starren Kniehebel verbunden ist, der in 90° Versetzung mit einem Spannarm gekoppelt ist.

Die Lasche ist so gestaltet, daß der Abstand der Koppelgelenke mit der Kolbenstange und dem Hebel ver­ änderbar ist.

Durch die federnde Lasche sollen unendlich große Spann­ kräfte vermieden werden. Hiermit kann indessen nur die Spannkraft begrenzt, jedoch keine Selbsthemmung erreicht werden. Außerdem dürfte die Dauerfestigkeit und Haltbar­ keit der Lasche problematisch sein. Ihre Fertigung ist zudem aufwendig. Darüberhinaus ist die Kraftbegrenzung der Federkonstante sowie dem Federweg abhängig.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Bauteilspanner zu schaffen, der bei einfacher Ausgestaltung unter Benutzung des Kniehe­ belprinzips eine Begrenzung des Kraftanstiegs erlaubt und es trotzdem gewährleistet, daß in der Spannposition auch bei Ausfall der Spannenergie die Spannposition durch Selbsthemmung gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den im Anspruch I auf­ geführten Merkmalen gesehen.

Kernpunkt der Erfindung bildet der Sachverhalt, daß die Zwangsführung für mindestens eine endseitig der Spann­ stange angeordnete Laufrolle mit einem zum Koppelgelenk zwischen Hebel und Lasche in dessen Totpunkt konkaven Endabschnitt versehen ist. Dieser konkave Endabschnitt beginnt kurz vor der Ebene, die sich durch das Koppelge­ lenk zwischen dem Hebel und der Lasche erstreckt, wenn sich dieses Koppelgelenk in dem durch die Spannstellung des Spannarms bestimmten Totpunkt befindet, und endet hinter dieser Ebene.

Erreicht das Koppelgelenk zwischen der Lasche und der Spannstange den Anfang des konkaven Endabschnitts vor dieser Ebene, befindet sich der Spannarm in der Spann­ stellung. Die maximale Spannkraft ist aufgebaut. Es fin­ det kein weiterer Kraftanstieg statt. Durch die an der Spannstange weiter anstehende Spannkraft wird jedoch das Koppelgelenk zwischen Lasche und Spannstange über die Ebene hinweg bewegt, bis dieses Koppelgelenk das hinter der Ebene liegende Ende des konkaven Endabschnitts er­ reicht hat. Bei dieser Bewegung bleibt die maximale Spannkraft stets erhalten. Hinter der Ebene liegt die La­ sche im Selbsthemmungsbereich. Fällt in dieser Position die Spannenergie weg, bleibt jedoch die vollständige Spannkraft ohne Verlust erhalten.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist mithin die Si­ cherstellung der Kraftbegrenzung auf einfache Weise durch den konkaven Endabschnitt. Hierdurch wird eine einwand­ freie Selbsthemmung nach dem Überfahren des Totpunkts gewährleistet. Der Bauteilspanner hat auch eine sehr kom­ pakte Bauweise, da durch die erfindungsgemäße Wegüberset­ zung zwischen dem Hebel und der Lasche nur ein geringer Hub der Spannstange erforderlich ist.

Die Erfindung erlaubt es außerdem, den Schwenkwinkel des Spannarms zwischen der Bereitschaftsposition und der Spannstellung beliebig einrichten zu können. Lediglich durch den Einsatz von hubbegrenzenden Stücken oder durch den Austausch der Spannstange können Öffnungswinkel von insbesondere 45°, 60°, 90° und 115° bis zu einem maxima­ len Öffnungswinkel von 135° vorgesehen werden. Desweite­ ren kann dem Bauteilspanner problemlos eine integrierte Stellungsabfrage zugeordnet werden.

Das Gehäuse zur Lagerung von Spannarm, Hebel, Lasche und Spannstange ist ferner so ausgebildet, daß ein mit dem Spannarm zusammenarbeitendes Widerlager zur Lagefixierung der zu bearbeitenden Werkstücke dem Gehäuse lösbar zuge­ ordnet werden kann.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 2. Danach er­ streckt sich der konkave Endabschnitt der Zwangsführung über eine Länge, die einem die Ebene durch das Koppelge­ lenk zwischen dem Hebel und der Lasche im Totpunkt über­ greifenden Schwenkwinkel der Lasche von 6° bis 10°, vor­ zugsweise aber 8°, entspricht. Dadurch ist mit 4° über der Ebene die Selbsthemmung der Lasche gewährleistet.

Der konkave Endabschnitt ist nach Anspruch 3 vorzugsweise kreisbogenförmig gekrümmt. Er besitzt einen Radius, wel­ cher der Länge der Lasche zwischen den Koppelgelenken zu­ züglich dem Radius der Laufrolle entspricht.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 sind die Zwangsfüh­ rung, der Hebel, die Lasche und die Laufrolle in einem mit der Führung für die Spannstange verbindbaren zweitei­ ligen Gehäuse angeordnet. Auf diese Art und Weise sind diese Teile gegen äußere Einflüsse auch in einem rauhen Betrieb gut geschützt. Die Zweiteiligkeit des Gehäuses erlaubt eine einfache Fertigung sowie eine problemlose Montage. Die Führung wird insbesondere durch einen Zylin­ der gebildet, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungs­ form die Spannstange als mit einem druckluft­ beaufschlagbaren oder auch mit einem hydraulisch beauf­ schlagbaren Kolben verbundene Kolbenstange ausgebildet ist. Die notwendige Auslenkung der Spannstange bei einem Kontakt der Laufrolle mit dem konkaven Endabschnitt wird durch die Dichtungen am Zylinder für die Spannstange auf­ gefangen.

Eine gleichmäßige verkantungsfreie Kraftübersetzung von der Spannstange auf den Spannarm wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erzielt.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach Anspruch 6 die Schwenkwelle in den die Gelenkarme tragenden Endabschnit­ ten mehrkantig ausgebildet ist. Hier kann die Schwenk­ welle insbesondere vierkantig gestaltet sein. Die Gelenk­ arme sind dann mit entsprechenden Ausnehmungen und/oder Klemmstücken versehen, über welche die Gelenkarme ein­ wandfrei an der Schwenkwelle festgelegt werden können. Die Schwenkwelle und der Hebel sind vorzugsweise ein Bau­ teil, der durch Dreh- und Fräsoperationen gefertigt wer­ den kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Bauteilspanner in schematischer Seiten­ ansicht;

Fig. 2 den Bauteilspanner der Fig. 1 in der Drauf­ sicht;

Fig. 3 bis 6 in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Längs schnitt durch die Fig. 2 entlang der Linie A-A entsprechend dem Ausschnitt B der Fig. 1 in vier verschiedenen Betriebsstel­ lungen;

Fig. 7 bis 10 die Darstellungen der Fig. 3 bis 6 im Schema und

Fig. 11 in nochmals vergrößertem Maßstab die Darstel­ lung der Fig. 9.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein mit Druckluft be­ triebener Bauteilspanner bezeichnet. Der Bauteilspanner 1 umfaßt einen mit Druckluft beaufschlagbaren Zylinder 2 zur Führung eines nicht näher veranschaulichten Kolbens mit Kolbenstange, ein mit dem Zylinder 2 verbundenes zweiteiliges Gehäuse 3 mit einem darin integrierten nicht näher veranschaulichten Kniehebelsystem zur Übertragung der von der Druckluft auf den Kolben ausgeübten Kraft auf einen schwenkbaren Spannarm 4. Der Spannarm 4 weist in U- förmiger Konfiguration zwei Gelenkarme 5 auf, die über Klemmstücke 6 an einer an den aus dem Gehäuse 3 herausge­ führten Enden vierkantig gestalteten Schwenkwelle 7 lös­ bar befestigt sind. In der in den Fig. 1 und 2 veran­ schaulichten Spannstellung ST verläuft die Längsachse 8 des Spannarms 4 senkrecht zur Längsachse 9 des Zylinders 2. Der Druckluftanschluß des Ringraums 2a ist mit 10 und der des Kolbenraums 2b ist mit 10a bezeichnet.

Wie die Fig. 3 bis 6 näher zu erkennen geben, ist mit Spannarm 4 im Innern des Gehäuses 3 ein starrer Hebel 11 in 90°-Versetzung verbunden. . Der Hebel 11 bildet einen einstückigen Bestandteil der Schwenkwelle 7.

An dem der Schwenkwelle 7 abgewandten Ende ist der Hebel 11 über ein Koppelgelenk 12 mit einer starren Lasche 13 verbunden, die ihrerseits wiederum über ein Koppelgelenk 14 mit dem Ende 15 einer Spannstange 16 verbunden ist (Fig. 3). Das Koppelgelenk 14 stützt sich an einer Lauf­ rolle 17 ab, die an einer Zwangsführung 18 im Gehäuse 3 abwälzt. Eine Ausnehmung 19 in den Hälften 20, 21 des Ge­ häuses 3 ist an die Größe der Schwenkbewegungen des He­ bels 11 und der Lasche 13 angepaßt.

Wie die Fig. 11 rein schematisch näher erkennen läßt, setzt sich die Zwangsführung 18 für die Laufrolle 17 aus einem geradlinig verlaufenden Längenabschnitt 22 und einem bogenförmig gekrümmten Endabschnitt 23 zusammen. Die Länge L des geraden Längenabschnitts 22 entspricht der Größe des Schwenkwinkels a des Spannarms 4 zwischen der Bereitschaftsposition BP und der Spannstellung ST. Er verläuft geradlinig parallel zur Längsachse 9 des Zylin­ ders 2. Der Endabschnitt 23 ist zum Koppelgelenk 12 zwi­ schen dem Hebel 11 und der Lasche 13 in dessen Totpunkt (Spannstellung ST von 4) konkav gekrümmt. Er beginnt bei 24 vor der durch das sich im Totpunkt befindende Koppel­ gelenk 12 verlaufenden, sich zur Längsachse 9 des Zylin­ ders 2 senkrecht erstreckenden Ebene E-E und endet bei 25 hinter dieser Ebene E-E. Seine Bogenlänge L3 entspricht dem Winkel 2β zwischen den Punkten 24 und 25. Der Winkel zwischen der Ebene E-E und den Punkten 24, 25 des konkaven Endabschnitts 23 beträgt jeweils 4°.

Der Fig. 11 ist ferner zu entnehmen, daß die Länge L1 der Lasche 13 zwischen den Koppelgelenken 12 und 14 größer als der Abstand A zwischen dem Koppelgelenk 12 und der koaxial zur Längsachse 9 des Zylinders 2 verlaufenden Längsachse 27 der Spannstange 18 bemessen ist.

Die Betriebsweise des Bauteilspanners 1 ist nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 11 näher erläutert.

In den Fig. 3 und 7 ist die Bereitschaftsposition BP des Spannarms 4 dargestellt. Der Öffnungswinkel α beträgt 135°. Der Bauteilspanner 1 ist vollständig geöffnet. Es steht über den Druckluftanschluß 10 Druckluft im Ringraum 2a des Zylinders 2 an.

Durch Beaufschlagung des Kolbens 28 im Kolbenraum 2b des Zylinders 2 wird dieser in Längsrichtung des Zylinders 2 bewegt (Fig. 4 und 8). Hierbei wälzt die Laufrolle 17 am Längenabschnitt 22 der Zwangsführung 18 ab. Hat die Laufrolle 17 das in der Zeichnungsebene untere Ende 24 des konkaven Endabschnitts 23 erreicht (Fig. 4 und 8), ist der Spannarm 4 um 135° in die Spannstellung ST ver­ schwenkt worden. Der Öffnungswinkel beträgt 0°. Die maxi­ male Spannkraft ist erreicht.

Durch weitere Beaufschlagung des Kolbens 28 mit Druckluft über den Druckluftanschluß 10a des Kolbenraums 2b fährt die Spannstange 16 weiter aus und verschwenkt die Lasche 13 um das nunmehr ortsfest fixierte Koppelgelenk 12 zwi­ schen dem Hebel 11 und der Lasche 13 bis in die Ebene E- E, die sich durch das Koppelgelenk 12 erstreckt und senk­ recht zur Längsachse 9 des Zylinders 2 verläuft. Hierbei wälzt die Laufrolle 17 am konkaven Endabschnitt 23 ab, ohne daß die bereits erreichte Spannkraft erhöht wird (Fig. 5, 9 und 11).

Durch Fortsetzung der Beaufschlagung des Kolbens 28 mit Druckluft wird die Lasche 13 gemäß den Fig. 6 und 10 auch über diese Ebene E-E hinaus weiterverlagert, bis daß die Laufrolle 17 das obere Ende 25 des konkaven Endab­ schnitts 23 erreicht hat.

Fällt nunmehr Druckluft ab, so würde die vollständige Spannkraft erhalten bleiben, da die Lasche 13 mit 4° über der Ebene E-E liegt und sich damit im Bereich der Selbst­ hemmung befindet.

Bezugszeichenliste

1

Bauteilspanner

2

Zylinder

2

a Ringraum v.

2

2

b Kolbenraum v.

2

3

Gehäuse

4

Spannarm

5

Gelenkarme v.

4

6

Klemmstücke

7

Schwenkwelle

8

Längsachse v.

4

9

Längsachse v.

2

10

Druckluftanschluß

10

a Druckluftanschluß

11

Hebel

12

Koppelgelenk f.

11

u.

13

13

Lasche

14

Koppelgelenk zw.

13

u.

15

15

Ende v.

16

16

Spannstange

17

Laufrolle

18

Zwangsführung

19

Ausnehmung in

20

,

21

20

Hälfte v.

3

21

Hälfte v.

3

22

Längenabschnitt v.

18

23

Endabschnitt v.

18

24

Beginn v,

23

25

Ende v.

23

26

Achse v.

7

27

Längsachse v.

16

28

Kolben in

2

A Abstand zw.

12

u.

27

BP Bereitschaftsposition E-E Ebene durch

12

L Länge v.

22

L1 Länge v.

13

L2 Länge v.

11

L3 Bogenlänge v.

23

R Radius v.

23

r Radius v.

17

ST Spannstellung v.

4

α Schwenkwinkel v.

4

β Winkel zw. E-E u.

24

bzw.

25

Claims (6)

1. Bauteilspanner, der eine durch pneumatische, hydrau­ lische oder elektrische Energie verlagerbare Spann­ stange (16), einen aus seiner Spannstellung (ST) in eine Bereitschaftsposition (BP) und umgekehrt schwenkbaren Spannarm (4), einen mit dem Spannarm (4) über eine Schwenkwelle (7) drehfest verbundenen star­ ren Hebel (11) und eine sowohl mit dem Hebel (11) als auch mit dem Ende (15) der Spannstange (16) drehbe­ weglich gekoppelte starre Lasche (13) aufweist, deren Länge (L1) zwischen den Koppelgelenken (12, 14) größer als der Abstand (A) zwischen dem Koppelgelenk (12) der Lasche (13) mit dem Hebel (11) und der Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereit­ schaftsposition (BP) bemessen ist, wobei das Koppel­ gelenk (14) zwischen der Lasche (13) und dem Ende (15) der Spannstange (16) an wenigstens einer Lauf­ rolle (17) abgestützt ist, die an einer Zwangsführung (18) abwälzt, welche einen dem Schwenkwinkel (a) des Spannarms (4) zwischen der Bereitschaftsposition (BP) und der Spannstellung (ST) entsprechenden Längenab­ schnitt (L) besitzt, der geradlinig parallel zur Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereit­ schaftsposition (BP) verläuft, und welche mit einem zum Koppelgelenk (12) zwischen Hebel (11) und Lasche (13) in dessen Totpunkt konkaven Endabschnitt (23) versehen ist, der vor der durch das sich im Totpunkt befindende Koppelgelenk (12) verlaufenden, sich zur Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereit­ schaftsposition (BP) senkrecht erstreckenden Ebene (E-E) beginnt und hinter dieser Ebene (E-E) endet.

2. Bauteilspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der konkave Endabschnitt (23) der Zwangsführung (18) über eine Bogenlänge (L3) erstreckt, die einem die Ebene (E-E) übergreifenden Schwenkwinkel (2ß) der Lasche (13) von 6° bis 10°, vorzugsweise 8°, entspricht.

3. Bauteilspanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Endab­ schnitt (23) einen Radius (R) aufweist, welcher der Länge (L1) der Lasche (13) zwischen den Koppelgelen­ ken (12, 14) zuzüglich des Radius (r) der Laufrolle (17) entspricht.

4. Bauteilspanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung (18), der Hebel (11), die Lasche (13) und die Laufrolle (17) in einem mit der Führung (2) für die Spannstange (16) verbindbaren zweiteiligen Gehäuse (3) angeordnet sind.

5. Bauteilspanner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannarm (4) mit zwei Gelenkarmen (5) das Gehäuse (3) seitlich umfaßt und über die Gelenkarme (5) mit den aus dem Gehäuse (3) herausgeführten Enden der mit dem Hebel (11) einstückig gestalteten Schwenkwelle (7) drehfest verbunden ist.

6. Bauteilspanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle (7) in den die Gelenkarme (5) tragenden Endabschnitten mehrkantig ausgebildet ist.