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Die
Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Die
DE 34 27 366 A1 offenbart
einen Kappenwechsler für Elektrodenkappen von Punktschweißzangen
mit zwei übereinander angeordneten Spanneinrichtungen,
von denen eine den Elektrodenschaft und die andere die zu wechselnde
Kappe spannt. Die letztgenannte Spanneinrichtung kann sich um die
Elektrodenachse drehen und zugleich eine Hubbewegung zum Abziehen
der Elektrodenkappe ausführen. Die Spanneinrichtung weist
jeweils eine Greifzange mit zwei nebeneinander angeordneten Spannarmen
auf. Über deren Einzelheiten ist in der Schrift nichts
weiter offenbart.
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Aus
der
EP 1 970 139 A1 ist
eine Greifvorrichtung zum Ergreifen und Halten länglicher
Werkstücke bekannt, welche eine Spannzange mit zwei nebeneinander
liegenden und um parallele Achsen drehbar gelagerten Spannarmen
aufweist, deren hintere Armteile zum Zangenschluss mit einer Betätigungseinrichtung über
einen Keil beaufschlagt werden. Eine Feder sorgt für die
Rückstellung. Eine solche Keilbetätigung bringt
zwar sehr hohe Spannkräfte auf, wobei der Öffnungswinkel
der Spannzange am Spannmaul relativ klein und begrenzt ist.
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Die
DE 198 17 803 C1 zeigt
eine andere Spanneinrichtung mit einer Spannzange, die ebenfalls
nebeneinander angeordnete und um parallele Achsen schwenkbar gelagerte
Spannarme aufweist, deren hintere Armteile zum Schließen
der Spannzange mittels einer Betätigungseinrichtung gespreizt werden.
Die Betätigungseinrichtung hat hier einen Kniehebel. Die
Zangenhebel können nicht einander überschlagen,
so dass die Spannzange durch die rückwärtige Spreizbewegung
der Zangenarme höhe Spannkräfte entfalten kann,
dies aber zu Lasten der Öffnungsweite des Zangenmauls geht.
Der Kniehebelantrieb ist für hohe Spannkräfte
günstig, wobei er aber eine hinsichtlich Bauteiltoleranzen
problematische Kinematik hat. Ein optimales Spannen ist nur in einem
engen Bereich möglich. Wenn das Bauteil größere
Toleranzen hat, ergeben sich deutlich schwankende Spanncharakteristiken.
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Die
DE 29 04 378 A1 offenbart
eine Spannvorrichtung mit zwei einander überschlagenden
Zangenarmen, wobei an den rückwärtigen Zangenenden ein
Joch mit Führungsstiften und einem Zylinder angreift und
die Führungsstifte in Langlöchern der Zangenarmenden
geführt sind. Bei dieser Ausführungsform wird
die Spannbewegung der Zange durch ein Zusammenziehen der Armenden
erreicht ähnlich wie bei einer manuellen Spannzange.
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In
der
DD 108 922 A ist
eine konventionelle und manuell zu bedienende Rohrzange angesprochen,
bei der die Armenden der Zange für die Schließbewegung
zusammengezogen werden.
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Die
DE 32 26 465 C2 befasst
sich mit einem normalen Kniehebelspanner, der Spannbacken axial verschiebt,
die in konischen Führungen gehalten und dadurch einander
bei der Verschiebebewegung angenähert werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Spanneinrichtung
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit dem Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
beanspruchte Spanneinrichtung hat den Vorteil, dass sie große Öffnungsweiten
des Spannmauls erlaubt und andererseits hohe Spannkräfte aufbringen
kann. Sie ist außerdem wenig toleranzempfindlich. Die beanspruchte Spanneinrichtung kann
auch Bauteile beliebiger Art, die auch ein größeres
Toleranzfeld haben können, fest und sicher spannen.
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Für
die Spannzange ist eine scherenähnliche Ausgestaltung von
Vorteil, um die genannten Vorteile bestmöglich zu erreichen.
Eine Überkreuzung der Spannarme in Öffnungsstellung
erlaubt die besagten großen Öffnungsweiten, die
bei Bedarf variabel sind und an die Werkstücke angepasst
werden können. In der Schließstellung können
die Spannarme entkreuzt und in eine Lage nebeneinander gebracht
werden, was deren Spreizen und ein Aufbringen von sehr hohen Spannkräften
ermöglicht.
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Die
Spanneinrichtung hat einen geringen Bauaufwand und besitzt ein großes
Einsatzspektrum. Sie ist dadurch besonders wirtschaftlich. Sie lässt
sich in vielfältiger Weise einsetzen. Ein bevorzugter und
beanspruchter Einsatzbereich ist ein Arbeitsgerät, insbesondere
ein Kappenwechsler.
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Die
Spanneinrichtung kann eine mehrteilige Betätigungseinrichtung
aufweisen, welche eine Schließeinrichtung und eine Spreizeinrichtung
umfasst. Dies können getrennt angeordnete und steuerbare
Einrichtungen sein. In der bevorzugten Ausführungsform
ist eine kombinierte Einrichtung mit einer Folgesteuerung vorgesehen,
die für einen sicheren und definierten Bewegungsablauf
sorgt und die mit einem einzigen Antrieb auskommt.
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Die
bei der Spannzange auftretenden Kräfte können
in einem stabilen Gestell oder Gehäuse aufgefangen werden,
welches auch die durch unterschiedliche Höhenlagen der
Spannarme und der Spreiz- und Schließelemente auftretenden
Momente aufnimmt. Die Spannbacken können über
entsprechende Höhenversätze oder Abkröpfungen
an den vorderen Armteile auf gleiche Höhen- und Spannlagen
am Werkstück gebracht werden, wobei die Höhenunterschiede
der Spannarme kompensiert werden.
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Die
beanspruchte Spanneinrichtung bildet mit der Betätigungseinrichtung
eine autarke Baueinheit, die in vielfältiger Weise einsatzbar
ist. Sie eignet sich auch für unterschiedlichste Arten
von Werkstücken. Die Spannbacken können zur Anpassung
an unterschiedliche Werkstücke auswechselbar sein.
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Die
beanspruchte Spannbackenkontur stellt eine eigenständige
Erfindung dar und kann mit der beschriebenen Spanneinrichtung, aber
auch mit anderen konventionellen Spanneinrichtungen eingesetzt werden.
Die Spannbackenkontur mit dem Freiraum und den Unterbrechungen hat
den Vorteil, dass etwaige außenseitige Beläge
an den Werkstücken, insbesondere an einem Schaft und/oder
einer Kappe einer Elektrode, insbesondere einer Punktschweißelektrode,
aufgenommen und abgeführt werden können. Hierfür
ist auch der linienförmige Spanneingriff der Backenzähne
von Vorteil. Durch die Spannbackenkontur ergibt sich ein Selbstreinigungseffekt
der Spannbacke. Etwaige Werkstückrückstände
können auch vorläufig aufgenommen und zwischengelagert sowie
erst ab einem gewissen Füllgrad automatisch entfernt werden.
Dies kann z. B. bei einem Elektrodenkappenwechsel von selbst geschehen.
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Die
beanspruchte Spannbackenkontur hat ferner den Vorteil, dass die
Backenzähne mit ihrem Wirkbereich, vorzugsweise einer Zahnkante,
mit hoher Sicherheit in Kontakt mit der Werkstückoberfläche
treten und hier eingreifen können. Dies mindert auch die
Durchrutschgefahr bei einer evtl. funktionalen Bewegung der Spanneinrichtung,
insbesondere einer Drehbewegung und ggf. auch Hubbewegung z. B.
bei einem Abzug einer Elektrodenkappe. Außerdem ergibt
sich eine verbesserte und erhöhte Standzeit der Backenzähne,
die zudem weniger leicht einer Beschädigung, insbesondere
einem Zahnausbruch, unterliegen. Die grobe Verzahnung bzw. Spannkontur
mit z. B. nur zwei ggf. unterbrochenen Backenzähnen verbessert
die Prozesssicherheit der Spanneinrichtung.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines Kappenwechslers mit zwei Spanneinrichtungen,
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2:
eine Frontansicht des Kappenwechslers entsprechend Pfeil II von 1,
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3:
eine perspektivische Ansicht des Kappenwechslers mit einer umgebenden
Verkleidung,
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4:
eine perspektivische Ansicht einer Spanneinrichtung,
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5:
eine Seitenansicht der Spanneinrichtung entsprechend Pfeil V von 4,
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6:
eine Draufsicht auf die Spanneinrichtung gemäß Pfeil
VI von 5 bei abgenommener Dachwand,
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7:
einen Schnitt durch ein Stellteil der Spanneinrichtung gemäß Schnittlinie
VII-VII von 6,
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8:
eine Stirnansicht der Spanneinrichtung gemäß Pfeil
VIII von 4,
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9:
eine Spannzange der Spanneinrichtung in Öffnungsstellung,
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10:
die Spannzange in Schließstellung,
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11 bis 13:
einen einzelnen Spannarm der Spannzange von 9 und 10 in
verschiedenen Schwenk- und Betriebsstellungen,
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14 bis 16:
eine erste Variante einer Spannbackenkontur in verschiedenen Ansichten
und
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17 und 18:
eine zweite Variante einer Spannbackenkontur in Draufsicht und Seitenansicht.
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Die
Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung (4, 5)
für ein oder mehrere Werkstücke (2, 2')
und ein Spann- und Betriebsverfahren. Ferner betrifft die Erfindung
ein Arbeitsgerät (1), z. B. einen Kappenwechsler,
das mit einer oder mit mehreren solcher Spanneinrichtungen (4, 5)
ausgerüstet ist. Außerdem erfasst die Erfindung
eine besondere und eigenständige Ausbildung von Spannbacken
(13, 22).
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1 bis 3 zeigen
ein solches Arbeitsgerät (1) in Form eines Kappenwechslers.
Die Details der Spanneinrichtung (4, 5) sind in 4 bis 13 dargestellt.
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Das
Werkstück (2, 2') kann von beliebiger Zahl,
Art und Größe sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
des Kappenwechslers (1) ist das Werkstück (2)
eine Elektrode, insbesondere ein Elektrodenschaft, wobei das andere
Werkstück (2') eine am Schaftende aufgesteckte
Elektrodenkappe ist. Hierbei kann es sich um eine Schweißelektrode,
insbesondere eine Punktschweißelektrode handeln. Letztere
wird mit dem Kappenwechsler (1) abgezogen, wobei die Werkstücke
(2, 2') von jeweils einer Spanneinrichtung (4, 5)
gespannt und gehalten werden. Das Werkstück (2, 2')
kann eine beliebige Form haben. Außer der gezeigten zylindrischen
Gestalt sind plattenförmige oder beliebige andere Formgebungen möglich.
Eine Spanneinrichtung (4, 5) kann auch mehrere
Werkstücke (2), z. B. aufeinander liegende Flansche
von metallischen Karosseriebauteilen, spannen.
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Die
Spanneinrichtung (4, 5) weist eine Spannzange
(10) mit mindestens zwei drehbeweglichen Spannarmen (12, 21)
und mit einer Betätigungseinrichtung (31) auf. 6 und 9 bis 13 zeigen
die Details der Spannzange (10), die eine scherenähnliche
Form und Funktion haben kann, wobei in der Form und Kinematik jedoch
die nachfolgend erläuterten Unterschiede zu einer klassischen
Schere bestehen.
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Die
Spannzange (10) ist in einem bevorzugt gehäuseartigen
Gestell (9) angeordnet. Das Gestell (9) kann z.
B. gemäß 4 seitlich
offen sein und zwei parallele und plattenförmige Gestellwände
(53, 54) an der Ober- und Unterseite sowie eine
querliegende Gestellwand (55) an der Rückseite
aufweisen. Die Gestellwände (53, 54)
können an der Vorderseite keilförmig verjüngt
sein und hier durch eine schlanke und z. B. stangenartige Verbindung
(56) verbunden und aneinander abgestützt sein.
Durch diese Verbindung (56) kann auch die Schwenkachse
eines Gelenks (11) der Spannzange verlaufen. Die Spannzange
(10) ist im Hohlraum zwischen den parallelen Gestellwänden
(53, 54) angeordnet, wobei die Spannarme (12, 21)
mit endseitigen Spannbacken (13, 22) an der Gehäusefront
nach außen ragen und ein außenliegendes Werkstück
oder Bauteil (2, 2') miteinander im Klemmschluss
spannen können.
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Die
Spannzange (10) weist an der Vorderseite mit den Spannbacken
(13, 22) ein Spannmaul auf, das extrem weit geöffnet
werden kann und z. B. einen Öffnungswinkel α von
bis zu ca. 180° aufweisen kann. Die Spannzange (10)
kann zwischen einer in 9 gezeigten Öffnungsstellung
(48) und einer in 10 dargestellten
Schließstellung (49) hin und her bewegt werden.
Die Betätigungs- und Spannkräfte werden durch
eine Betätigungseinrichtung (31) aufgebracht,
welche die hinteren Armteile (16, 25) der Spannarme
(12, 21) nach außen drängt und
spreizt. Die Betätigungseinrichtung (31) weist
eine Schließeinrichtung (32) zum Öffnen
und Schließen der Spannzange (10) und eine Spreizeinrichtung
(33) zum Aufbringen sehr hoher Spann- und Klemmkräfte in
der Schließstellung (49) der Spannzange (10)
auf.
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Wie 6, 9 und 10 verdeutlichen, sind
die Spannarme (12, 21) überkreuzfähig
und z. B. übereinander angeordnet. Die Spannarme (12, 21) bestehen
jeweils aus einem vorderem Armteil (15, 24), welches
auch die Spannbacke (13, 22) trägt und einem
hinteren Armteil (16, 25), welches an der Innenseite
jeweils ein hinteres Armende (18, 27) aufweist,
an dem die Spreizeinrichtung (33) in der nachfolgend erläuterten
Weise angreift. Zwischen den vorderen und hinteren Armteilen (15, 24)
und (16, 25) ist jeweils ein Lager (17, 26)
angeordnet. Die kreuzfähigen Spannarme (12, 21)
sind z. B. gleichachsig drehbar gelagert, wobei die Achsen an ihren
aufeinander liegenden Lager (17, 26) fluchten
und miteinander das Gelenk (11) der Spannzange (10)
bilden.
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Die
Kreuzung der hinteren Armteile (16, 25) besteht
in der Öffnungsstellung (48) gemäß 9. Beim
Schließen der Spannzange (10) werden die Spannarme
(12, 21) aus der Kreuzstellung zurückbewegt
und entkreuzt, wobei sie in der Schließstellung (49)
mit Parallelausrichtung beidseits einer durch ihre Lager (17, 26)
verlaufenden Zentralachse (47) nebeneinander liegen. Insbesondere
liegen die beim Schließen der Spannzange (10) übereinander
und über die Zentralachse (47) hinweg bewegten
hinteren Armteile (16, 25) nebeneinander. In der
Schließstellung (49) können die Spannarme
(12, 21) noch mit ihren Lagern (17, 26)
aufeinander liegen und hier einander überlappen.
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Die
vorderen Armteile (15, 24) sind kürzer
als die hinteren Armteile (16, 25). An den Spannarmen (12, 21)
ist jeweils etwa in Höhe der Lager (17, 26)
mit seitlichem Abstand ein drehbarer Anschluss (20, 29) für
ein Betätigungselement (36, 37) der nachfolgend erläuterten
Schließeinrichtung (32) angeordnet. Die Spannarme
(12, 21) weisen ferner eine randseitige und längslaufend
stufenartige Ausnehmung (19, 28) auf, welche in
der Schließstellung (49) gemäß 10 die
besagten Betätigungselemente (36, 37) aufnimmt.
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Die
Spannarme (12, 21) sind derart ausgebildet, dass
sie zwischen einer Öffnungsstellung (48) mit gekreuzten
hinteren Armteilen (16, 25) und einer Schließstellung
mit entkreuzten hinteren Armteilen (16, 25) bewegbar
sind. Die hinteren Armteile (16, 25) können
dabei in einer Schwenkbewegung übereinander hinweg bewegt
und überschlagen werden. In der Schließstellung
(49) gemäß 10 bilden
die entkreuzten hinteren Armteile (16, 25) zwischen
sich einen z. B. zentralen Spreizzwickel (30), in den die Betätigungseinrichtung
(31) eintauchen und die Spannarme (12, 21)
unter Spreizung der hinteren Armenden (18, 27)
spannen kann.
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Die
kreuzfähige Anordnung der Spannarme (12, 21)
ermöglicht einen bei Bedarf extrem großen Öffnungswinkel α des
Spannmauls einerseits und die Aufbringung extrem hoher Spannkräfte
durch Spreizung in der Schließstellung (49) andererseits.
Die Spannarme (12, 21) sind dabei in ihrer Formgebung und
in der Längenverteilung der vorderen Armteile (15, 24)
und der hinteren Armteile (16, 25) derart abgestimmt,
dass die hinteren Armteile (16, 25) beim öffnen
und Schließen der Spannzange (10) eine Schwenkbewegung
um das Gelenk (11) und über die zentrale Längsachse
(47) der Spannzange (10) hinweg ausführen
können. Die Spannarme (12, 21) können
dabei eine gleichartige Ausbildung aufweisen, wobei die Anschlüsse
(20, 29) und die Ausnehmungen (19, 28)
am einen Spannarm (12) an der Unterseite und am anderen
Spannarm (21) an der Oberseite liegen.
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11 bis 13 verdeutlichen
an dem einzeln dargestellten Spannarm (21) die Armkinematik und
die Schwenkbewegung beim öffnen und Schließen
der Spannzange (10). Der andere Spannarm (12)
führt eine entsprechende zur Achse (47) spiegelbildliche
und gegenläufige Bewegung aus.
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In
der Öffnungsstellung (48) von 11 befindet
sich das hintere Armteil (25) auf der linken Seite der
Zentralachse (47), die auch die Vorschubachse für
die nachfolgend erläuterte Betätigungseinrichtung (31)
darstellt. Der vordere Armteil (24) mit der ggf. vorhandenen
Spannbacke (22) liegt nach Art einer Schere auf der anderen,
gegenüberliegenden rechten Seite. Die Spannbacke (22)
bleibt beim Schließen und Spannen auf der gleichen Seite
der Zentralachse (47).
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12 zeigt
eine Zwischenstellung bei der Annäherung der Spannbacke
(22) an das Werkstück (2). In dieser
Zwischenstellung hat sich das hintere Armteil (25) bereits
zum Teil in der Schwenkbewegung über die Zentralachse (47)
hinweg bewegt. In der Schließstellung (49) von 13 liegt
das hintere Armteil (25) auf der rechten Seite der Längsachse (47).
In dieser Stellung befinden sich beide Armteile (24, 25)
und die Spannbacke (22) auf der gleichen rechten Seite
der Zentralachse (47).
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Die
Innenseite des hinteren Armteils (25) verjüngt
sich zum Ende hin keilförmig unter Bildung des vorerwähnten
Spreizzwickels (30). Hierdurch ist die in Schließstellung
(49) der Zentralachse (47) zugewandte Innenseite
des von der Spreizeinrichtung (33) beaufschlagten hinteren
Armendes (27) weiter vom Lager (17, 26)
distanziert als die am Werkstück (2, 2')
angreifende Wirkseite der Spannbacke (22) bzw. des vorderen
Armteils (24).
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Das Überschlagen
und Entkreuzen der hinteren Armteile (16, 26)
beim Schließen unter Überschreitung der Zentralachse
(47) und die anschließend nach außen
gerichteten Spann- und Spreizkräfte unterscheiden die Spannzange
(10) von einer klassischen Schere.
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Am
vorderen Armteil (15, 24) kann eine Spannbacke
(13, 22) angeordnet sein. Alternativ kann das
vordere Armteil (15, 24) selbst als Spannelement
ausgebildet sein und hierfür eine an das Werkstück
(2, 2') angepasste beliebig geeignete Formgebung
haben. Nachfolgend wird auf die Spannbacken (13, 22)
Bezug genommen, wobei die Erläuterungen in entsprechender
Weise auch für die alternative Ausgestaltung der vorderen
Armteile (15, 24) gelten.
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Die
Spannbacken (13, 22) greifen am Werkstück
(2, 2') an gegenüberliegenden Seiten
an und können dabei die gewünschte Höhenlage
haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spannbacken
(13, 22) auf gleicher Höhe angeordnet.
Gegenüber den zugehörigen und übereinander
angeordneten vorderen Armteilen (15, 24) besteht
dabei jeweils ein aus 4, 6 und 8 ersichtlicher
Höhenversatz (14, 23) bzw. eine Abkröpfung.
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Alternativ
können die Spannbacken (13, 22) unterschiedliche
Höhenlagen besitzen. Sie müssen auch nicht die
bevorzugte und dargestellte gleichartige Formgebung haben. Wie 8 verdeutlicht,
können die Spannbacken (13, 22) auswechselbar
an den Spannarmen (12, 21) angeordnet sein. Hierfür
können z. B. die vorderen Armteile (15, 24)
als Backenträger (51) und die Spannbacken (13, 22)
als austauschbare Backeneinsätze (52) gestaltet
sein.
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Wie 4 verdeutlicht,
können außerdem zum Schutz der Spanneinrichtung
(4, 5) an der Vorderseite des Gestells (9)
und ggf. stationär oder an den vorderen Armteilen (15, 24)
und ggf. mitbeweglich Abweiser (50) in Form von gebogenen
Blechen oder dgl. angeordnet sein, welche in Schließstellung (49)
die Spanneinrichtung (4, 5) an der Vorderseite gegen
Umgebungseinflüsse, z. B. Schweißspritzer oder
dgl., abschirmen.
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Die
Betätigungseinrichtung (31) weist eine Schließeinrichtung
(32) auf, die zum Schließen der Spannzange (10)
unter Entkreuzung bzw. Überschlagung der hinteren Armenden
(18, 27) und hinteren Armteile (16, 25)
dient. Hierdurch werden die Spannarme (12, 21)
von der Öffnungsstellung (48) in die Schließstellung
(49) bewegt. Die Betätigungseinrichtung (31)
weist ferner eine Spreizeinrichtung (33) auf, die zum Spreizen
der hinteren Armenden (18, 27) dient, wobei die
Spannbacken (13, 22) am Werkstück (2)
mit hoher Kraft angedrückt werden.
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Die
Schließeinrichtung (32) greift über die Anschlüsse
(20, 29) an den vorderen Armteilen (15, 24)
an. Die Spreizeinrichtung (33) wirkt in der vorerwähnten
Weise auf den Spreizzwickel (30) und die hinteren Armenden
(18, 27) ein. Die Schließeinrichtung
(32) und die Spreizeinrichtung (33) haben in der dargestellten
Ausführungsform einen gemeinsamen Antrieb (34),
der entlang der als Vorschubachse dienenden Zentralachse (47)
wirkt.
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Die
Schließeinrichtung (32) und die Spreizeinrichtung
(33) haben ferner eine Folgesteuerung, welche bewirkt,
dass die Spannzange (10) zuerst unter Entkreuzung und gegenseitiges Überschlagen der
hinteren Armteile (16, 25) geschlossen wird, wobei
auch der besagte Spreizzwickel (30) gebildet wird. Anschließend
tritt die Spreizeinrichtung (33) in Funktion und bewirkt
keilartig die Armspreizung. 11 bis 13 verdeutlichen
diesen Bewegungsablauf am einen gezeigten Spannarm (21),
wobei das gleiche spiegelbildlich für den anderen Spannarm (12)
gilt.
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Zum
Schließen und Spannen der Spannzange (10) führen
ihre Spannarme (12, 21) jeweils eine Schwenkbewegung
aus, die beim Schließen und Spreizen kontinuierlich und
mit gleichbleibender Richtung abläuft, wobei die Spannarme
(12, 21) gegensinnig drehen. 9 verdeutlicht
dies mit Richtungspfeilen.
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Wie
insbesondere 6 verdeutlicht, weist die Betätigungseinrichtung
(31) ein mit dem Antrieb (34) verbundenes Stellteil
(41) auf, welches z. B. jochartig ausgebildet ist und ein
Kreuzjoch oder T-Joch mit einem Querarm (43) und einem
Längsarm (42) besitzt. Das Stellteil (41)
ist mittels einer Jochführung (44) am Gestell
(9) geführt. An der Ober- und Unterseite des Jochs
(41) ist dabei jeweils eine Führungsrolle (45)
frei drehbar angeordnet, die in einem zentral und längs
der Mittelachse (47) ausgerichteten Führungsschlitz
(46) in den Gestellwänden (53, 54)
in der Art eines Langlochs geführt ist. Außerdem
kann z. B. gemäß 7 der sich über
die Innenraumhöhe des Gestells (9) erstreckende
Jocharm (42) in eine Nut an der Innenseite der Gestellwände
(53, 54) eintauchen. Die Jochführung
(44) nimmt die in unterschiedlichen Höhenlagen
eingeleiteten Spannkräfte und die daraus resultierenden
Momente auf. 4 und 6 verdeutlichen
die Jochführung (44).
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Die
Schließeinrichtung (32) weist für jeden Spannarm
(12, 21) ein Betätigungselement (36, 37) auf,
welches am besagten Anschluss (20, 29) angreift.
Das Betätigungselement (36, 37) dient
zum Schließen der Spannarme (12, 21)
und ist ausweichfähig ausgebildet oder angeordnet, um die
nachfolgende Spreizbewegung zu ermöglichen. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel weisen die Betätigungselemente
(36, 37) hierzu jeweils eine geführte Feder (38)
auf, die zwischen dem Anschluss (20, 29) am Spannarm
(12, 21) und einem Anschluss (40) am Querarm
(43) des Jochs (41) eingespannt ist. Die Anschlüsse
(20, 29, 40) sind um eine Hochachse drehbar
und erlauben eine Schwenkbewegung der Betätigungselemente
(36, 37).
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Die
Feder (38) ist an einer Führung (39)
angeordnet, die am Anschluss (20, 29) des Armteils (15, 24)
drehbar gelagert ist und die andererseits am drehbaren Anschluss
(40) am Joch (41) verschieblich geführt
ist. Die Führung (39) ist z. B. als Führungsstange
ausgebildet, auf welcher die z. B. als Schraubendruckfeder ausgebildete
Feder (38) aufgezogen ist. Am rückwärtigen
Ende kann die Stange (39) einen verdickten Anschlag aufweisen.
Die Feder (38) und die Führungsstange (39)
bilden jeweils das Betätigungselement (36, 37)
bzw. das Stellteil zum Schließen der Spannzange (10).
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7 zeigt
im Schnitt die Anschlüsse (40), die mit einem
Zapfen frei drehbar oben und unten im Querarm (43) stecken
und hier durch eine Ringnut und einen eingreifenden Stift gegen
Herausfallen gesichert sind. Außerdem sind die durchgesteckten Führungsstangen
(39) sowie im Hintergrund der Zylinder (34) und
seine Anschraubbohrungen sichtbar.
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Das
spreizende Betätigungselement (35) ist zentral
am Stellteil (41) und insbesondere am vorderen Ende des
längsgerichteten Jocharms (42) angeordnet. Die
Betätigungselemente (36, 37) sind mit seitlichem
Abstand daneben angeordnet. Die Stellteile (36, 37)
sind abwechselnd an der Ober- und Unterseite des Jocharms (43)
gelagert. 7 zeigt diese Anordnung. Das
Spreizelement (35) besteht aus zwei übereinander
angeordneten frei drehbaren Spreizrollen, die jeweils mit einem
der übereinander liegenden innenseitigen Armenden (18, 27)
in Spreizkontakt tritt. Die Führungsrollen (45)
befinden sich etwa in der Mitte des Längsarms (42).
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Der
Antrieb (34) schiebt das Joch (41) in Richtung
der Zentralachse (47) vor und zurück. Er kann
beliebig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen pneumatischen Zylinder. Alternativ ist
ein Spindeltrieb, ein hydraulischer Zylinder oder ein sonstiger
geeigneter Antrieb möglich.
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Wie 11 bis 13 verdeutlichen,
wird beim Vorschub des Jochs (41) die zwischen den Anschlüssen
(29, 40) eingespannte Feder (38) vorwärts bewegt
und ggf. etwas gespannt. Bei dieser Vorschubbewegung schwenkt die
Feder (38) den zugehörigen frei drehbaren Spannarm
(12, 21) über den Stangenanschluss (20, 29)
bis in die Schließstellung (13). Die Federsteifigkeit
und die Formgebung der Spannarme (12, 21) ist
dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die besagte Folgesteuerung
entsteht, welche ein Durchschwenken der hinteren Armteile (16, 25)
vor dem Einwirken des Spreizelements (35) ermöglichen.
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Bei
geschlossener Spannzange (10) wird das Joch (41)
in Vorschubrichtung weiter bewegt, wobei die Feder (38)
gespannt wird und das Spreizelement (35) in den Spreizzwickel
(30) (vgl. 10) eintaucht und gegen die
Innenseiten der hinteren Armenden (18, 27) drückt.
Die jeweils mit einer Durchgangsöffnung versehenen und
als Schubkopf ausgebildeten Anschlüsse (40) am
Joch (41) gleiten bei der Komprimierung der Feder (38)
auf der Führungsstange (39) entlang, die jeweils
am oberen Anschluss (20, 29) abgestützt
ist.
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Zum Öffnen
der Spannzange (10) wird das Joch (41) zurück
bewegt, wobei sich die Feder (38) entspannt und das Spreizelement
(35) aus dem Spreizzwickel (30) austaucht. Am
Ende der Rückzugbewegung schlagen die Schubköpfe
(40) an den verdickten Enden der Führungsstange
(39) an und nehmen diese mit, wobei die Spannarme (12, 21)
ebenfalls mitgenommen, gedreht, geöffnet und wieder gekreuzt
werden.
-
Bei
dem in 1 bis 3 dargestellten Kappenwechsler
(1) sind zwei gleichartige Spanneinrichtungen (4, 5) übereinander
in einem Gestell oder Gehäuse (3) angeordnet.
Das Gestell (3) wird ggf. von einer Verkleidung (57)
bis auf eine frontseitige Zugangsöffnung umschlossen. Die
obere Spanneinrichtung (4) greift am Elektrodenschaft (2)
an und ist stationär im Gehäuse (3) gelagert.
Die untere Spanneinrichtung (5) greift an der Elektrodenkappe
(2') an und besitzt eine bewegliche Lagerung (7),
die zum Vollzug einer Abziehbewegung einen Freiheitsgrad um mindestens
eine Achse hat. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat die
Lagerung (7) zumindest zwei Freiheitsgrade. Dies können
z. B. eine vertikale Drehachse und eine horizontale Schwenkachse
sein, wobei die rotatorischen Achsen rechtwinklig zueinander ausgerichtet
sind. Die vertikale Drehachse verläuft z. B. in der Elektrodenlängsachse,
wobei die Lagerung (7) eine entsprechend gekrümmte
Bogenführung aufweist.
-
Mit
der unteren Spanneinrichtung (5) kann die Elektrodenkappe
(2') abgezogen werden. Hierfür wird z. B. eine
kombinierte Drehbewegung der Elektrodenkappe (2) um die
Elektrodenlängsachse und eine Abzugbewegung entlang dieser
Längsachse durchgeführt.
-
Die
untere Spanneinrichtung (5) weist hierfür einen
geeigneten Abziehantrieb (6) auf. Dieser kann z. B. kombinativ
die Dreh- und Hubbewegung erzeugen und wirkt dabei mit einer Kulissenführung
(8) zusammen, welche an der Vorderseite der Spanneinrichtung
(5) angeordnet ist und auf diese einwirkt. Die langlochartige
Kulisse weist einen horizontalen Schenkel und einen anschließenden
schräg abwärts gerichteten Schenkel auf, in dem
eine mit dem Gestell (9) der Spanneinrichtung (5)
verbundene, frei drehbare Rolle geführt ist.
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Der
Antrieb (6) ist z. B. als pneumatischer Zylinder ausgebildet
und greift mit seiner Kolbenstange gelenkig an einem rückwärtigen
Ansatz des Gestells (9) der Spanneinrichtung (5)
an. Der schräg ausgerichtete Antrieb (6) dreht
dabei die Spanneinrichtung (5) um die in der Elektrodenachse
verlaufende Hochachse des Lagers (7), wobei die Führungsrolle
in der Kulissenführung (8) zunächst eine
Horizontalbewegung ausführt, was zu einer horizontalen Drehbewegung
der Elektrodenkappe (2') führt. Im anschließenden
schräg abwärts geneigten Kulissenbereich wird
die Spanneinrichtung (5) weiter um die Elektrodenlängsachse
gedreht und gleichzeitig nach unten geschwenkt, wodurch die Elektrodenkappe
(2') bei der Weiterdrehung einen Abziehhub nach unten erhält.
-
Die
Erfindung betrifft auch eine Spannbackenkontur (58) der
Spannbacken (13, 22) und eine damit ausgerüstete
Spanneinrichtung (4, 5). Die nachfolgend erläuterte
Backenkontur oder Spannkontur (58) kann in Verbindung mit
der vorbeschriebenen Spanneinrichtung (4, 5) eingesetzt
werden. Alternativ ist auch ein Einsatz bei anderen Arten von Spanneinrichtungen,
insbesondere solche nach dem eingangs genannten Stand der Technik
möglich. Eine besondere Eignung der Spannkontur (58)
besteht für zumindest im Spannbereich runde, insbesondere
im Querschnitt zylindrische oder ovale Werkstücke (2, 2').
Dies können insbesondere die vorstehend genannten Elektrodenschäfte
(2) und Elektrodenkappen (2') sein, wobei auch
andere Werkstückarten möglich sind. Die gezeigte
grobe Spannbackenkontur (58) eignet sich besonders für
Kappenwechsler, kann aber auch anderweitig eingesetzt werden.
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14 bis 16 zeigen
eine erste Ausführungsform einer Spannbacke (13, 22)
mit einer Spannkontur (58). Die Spannbacke (13, 22)
weist an der Vorderseite eine Frontwand (64) auf, die hier
z. B. eben ausgebildet ist. An der Backenrückseite sind Befestigungsmittel,
z. B. Schraubverbindungen, für die ggf. lösbare
Verbindung mit einem Spannarm vorhanden. Alternativ kann die Spannkontur
(58) auch an das backenartige Ende eines Spannarms angeformt
sein.
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An
der Frontwand (64) sind in Querrichtung vorstehende Backenzähne
(60, 61) angeordnet. Diese Backenzähne
(60, 61) dienen zum Greifen und Spannen des Werkstücks
(2, 2') am Mantel und sind bevorzugt parallel
zu dessen Langsachse ausgerichtet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind zwei leistenförmige Backenzähne (60, 61)
vorhanden, die mit seitlichem Abstand und bevorzugt parallel zueinander
an der Frontwand (64) angeordnet sind, wobei sie zwischen
sich einen Freiraum (59) bilden, in den das Werkstück
(2, 2') in der Spannstellung ein Stück
eintauchen kann. Die Anordnung und Abmessung der Backenzähne
(60, 61) ist z. B. derart auf das Werkstück
(2, 2') abgestimmt, dass es zwar ein Stück
in den Freiraum (59) in Spannstellung eintaucht, wobei aber
kein Berührungskontakt zur Frontwand (64) besteht.
-
Die
Backenzähne (60, 61) weisen in der Höhe
bzw. entlang ihrer Ausrichtung mindestens eine Unterbrechung (62)
auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei
Unterbrechungen (62) vorhanden, wodurch insgesamt sechs
voneinander beabstandete Einzelzähne (63) in einer
doppelten Reihenanordnung gebildet werden.
-
Die
Backenzähne (60, 61) weisen jeweils eine
einzelne vorstehende Zahnkante (65) für den Kontakt
und Eingriff am Werkstück (2, 2') auf.
Hierdurch besteht ein linienförmiger und ggf. unterbrochener
Spanneingriff der Backenzähne (60, 61)
bzw. ihrer Einzelzähne (63) am Werkstück
(2, 2'). Die Backenzähne (60, 61)
bzw. ihre Einzelzähne (63) können eine
geeignete Querschnittsform zur Ausbildung der Zahnkante (65)
aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsform
rechteckig. Sie kann alternativ eine andere prismatische Formgebung
haben.
-
Im
ersten Ausführungsbeispiel von 14 bis 16 ist
dieser Spanneingriff nebst der Spannkontur (58) in einer
perspektivischen Ansicht von 14 und
einer Draufsicht von 15 unter Einbeziehung der Werkstücks
(2, 2') dargestellt. 16 zeigt
eine Seitenansicht der Spannbacke (13, 22) und
der Spannkontur (58).
-
Durch
die grobe Spannkontur (58) mit den wenigen, z. B. zwei
beabstandeten Zahnkanten (65) und dem Linienangriff können
hohe Spannkräfte übertragen und das Werkstück
(2, 2') sicher gegriffen werden. Günstig
ist auch der begrenzte Abstand der Zahnkanten (65), wodurch
der Eingriff an einem relativ schmalen Mantelbereich erfolgt, der
deutlich kleiner als der halbe Werkstückumfang ist. Dieser
Mantelsektor kann z. B. einen Winkel von ca. 450 haben. Die Spannkräfte
wirken dadurch relativ nah an der Mittelachse des zentriert gespannten
Werkstücks (2, 2').
-
In
der ersten Ausführungsform von 14 bis 16 ist
die Frontwand (64) eben ausgebildet, wobei die Backenzähne
(60, 61) an ihren beiden Längsrändern
angeordnet sind und bündig mit den Backenaußenseiten
abschließen.
-
17 und 18 zeigen
eine Variante der Backen, wobei die Frontwand (64) mindestens
eine Schräge (66, 67) aufweist. Gemäß der
Draufsicht von 17 können z. B. im
Bodenbereich der Unterbrechungen (62) seitliche Randschrägen
(66) vorhanden sein, die nach außen hin abfallen
und sich dadurch vom Werkstück (2, 2')
entfernen. Alternativ oder zusätzlich kann die Frontwand
(64) im Innenbereich zwischen den Backenzähnen
(60, 61) mindestens eine Innenschräge
(67) aufweisen. Diese ist quer zu den vorerwähnten
Randschrägen (66) gerichtet und verläuft
gemäß der Seitenansicht von 18 mit
ihrer Neigungsänderung in Längsrichtung der Spannbacke
(13, 22) bzw. der Werkstückachse. Die
Innenschräge (67) kann z. B. sattelförmig
oder dachförmig ausgebildet sein und von einem erhabenen
und z. B. in etwa mittig angeordneten Bereich oder Zenit mit abfallender
Neigung zur Ober- und Unterseite der Spannbacke (13, 22)
verlaufen. Durch die jeweils zu den Außenseiten der Spannbacke
(13, 22) hin abfallenden Schrägen (66, 67)
werden Freiräume für die Abfuhr etwaiger Rückstände,
Verschmutzungen oder sonstiger Beläge von der Werkstückoberfläche
geschaffen. Für die Abfuhr sind auch der längsgerichtete
Freiraum (59) und die quergerichteten Unterbrechungen (62)
günstig. Derartige Rückstände können
z. B. Schweißspritzer, Klebstoffreste oder dgl. andere
Anlagerungen sein.
-
Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind
in verschiedener Weise möglich. Das Arbeitsgerät
(1) kann in beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet
sein. Es kann eine andere Zahl von Spanneinrichtungen (4, 5),
z. B. eine, zwei, drei oder mehr, aufweisen. Die Spanneinrichtungen
(4, 5) können in beliebiger Weise starr und/oder
beweglich angeordnet sein. Die gezeigten Spanneinrichtungen (4, 5)
können z. B. auch als Spanner an einem Greifergestell angeordnet
und für ein robotergeführtes Greiferwerkzeug vorgesehen sein.
Sie können ferner stationär an einem Spannbett angeordnet
sein und zum Spannen von komplexeren Bauteilen, insbesondere von
Karosseriebauteilen aus Blech, an mehreren verschiedenen Stellen
vorgesehen sein.
-
Variabel
sind auch die konstruktiven Ausgestaltungen der Spanneinrichtung
(4, 5). Die Betätigungseinrichtung (31)
kann getrennte Antriebe für die Schließeinrichtung
(32) und die Spreizeinrichtung (33) aufweisen.
Auch die Betätigungselemente (35, 36, 37)
können in anderer Weise ausgebildet und angeordnet sein.
Statt einer Spreizrolle (35) kann z. B. ein Keil in Doppelanordnung übereinander
eingesetzt werden, der auf entsprechend gleitfähige und
z. B. mit Rollkörpern versehene Armenden (18, 27)
einwirkt. Ferner kann anstelle eines Jochs (41) bei getrennten
Antrieben eine andere Art von Schlitten oder dgl. Vorschubeinrichtung
Verwendung finden. Die Ausweichfähigkeit der Betätigungselemente
(36, 37) für das Spreizen nach dem Schließen
der Spannzange (10) kann auch auf andere Weise als durch
eine Federung oder Kompression, z. B. durch eine Teleskopierbarkeit,
eine gelenkige Ausbildung oder dgl. bewirkt werden. Die Spannzange
(10) kann auch mehr als zwei Spannarme (12, 21)
aufweisen. Die Spannarme (12, 21) können
ferner getrennte Achsen und Lager (17, 26) aufweisen.
Ihre Abmessungen und Proportionen können in der Paarung
gleich oder ungleich bzw. symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Die
gezeigte und beschriebene Spannbackenausbildung und insbesondere
die Spannkontur (58) kann anders ausgebildet und angeordnet
sein. Sie kann auch an andere Geometrien von Werkstücken
(2, 2') angepasst sein. Insbesondere können
mehr als zwei Backenzähne (60, 61) vorhanden
sein, die ggf. auch eine andere Querschnittskontur mit einer z.
B. im wesentlichen dreieckigen Querschnittsform aufweisen. Statt
des zweiseitigen Zahnkanteneingriffs kann ein mehrseitiger Kanteneingriff
vorhanden sein, wobei eine Mehrfachanordnung von zwei oder mehr
Backenzähnen (60, 61) auch eine entsprechende
Zahnverteilung in einer Art Hüllkurve um den Werkstückmantel
aufweisen kann. Die Schrägen (66, 67)
können anders ausgebildet sein, wobei z. B. die Innen- oder
Mittelschräge (67) eine einseitige, keilartige
Neigung hat, die z. B. zur Backenunterseite hin abfällt.
-
- 1
- Arbeitsgerät,
Kappenwechsler
- 2
- Werkstück,
Bauteil, Elektrode
- 2'
- Werkstück,
Elektrodenkappe
- 3
- Gestell,
Gehäuse von Arbeitsgerät
- 4
- Spanneinrichtung
starr
- 5
- Spanneinrichtung
beweglich
- 6
- Abziehantrieb,
Dreh- und Hubantrieb
- 7
- Lagerung
- 8
- Kulissenführung
- 9
- Gestell,
Gehäuse von Spanneinrichtung
- 10
- Spannzange
- 11
- Gelenk
- 12
- Spannarm,
Scherenarm
- 13
- Spannbacke
- 14
- Versatz
- 15
- Armteil
vorn
- 16
- Armteil
hinten
- 17
- Lager
- 18
- Armende
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Anschluss,
Stangenanschluss
- 21
- Spannarm,
Scherenarm
- 22
- Spannbacke
- 23
- Versatz
- 24
- Armteil
vorn
- 25
- Armteil
hinten
- 26
- Lager
- 27
- Armende
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Anschluss,
Stangenanschluss
- 30
- Spreizzwickel
- 31
- Betätigungseinrichtung
- 32
- Schließeinrichtung
- 33
- Speizeinrichtung
- 34
- Antrieb,
Zylinder
- 35
- Betätigungselement,
Spreizrolle
- 36
- Betätigungselement,
Stellteil
- 37
- Betätigungselement,
Stellteil
- 38
- Feder
- 39
- Führung,
Führungsstange
- 40
- Anschluss,
Schubkopf
- 41
- Stellteil,
Joch
- 42
- Jocharm
längs
- 43
- Jocharm
quer
- 44
- Jochführung
- 45
- Führungsrolle
- 46
- Führungsschlitz
- 47
- Längsachse,
Vorschubachse
- 48
- Öffnungsstellung
- 49
- Schließstellung
- 50
- Abweiser
- 51
- Backenträger
- 52
- Backeneinsatz
- 53
- Gestellwand
oben
- 54
- Gestellwand
unten
- 55
- Gestellwand
hinten
- 56
- Verbindung
- 57
- Verkleidung
- 58
- Spannkontur,
Backenkontur
- 59
- Freiraum
- 60
- Backenzahn,
Zahnleiste
- 61
- Backenzahn,
Zahnleiste
- 62
- Unterbrechung
- 63
- Einzelzahn
- 64
- Frontwand
- 65
- Zahnkante
- 66
- Schräge,
seitliche Randschräge
- 67
- Schräge,
Innenschräge Öffnungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3427366
A1 [0002]
- - EP 1970139 A1 [0003]
- - DE 19817803 C1 [0004]
- - DE 2904378 A1 [0005]
- - DD 108922 A [0006]
- - DE 3226465 C2 [0007]