DE3784404T2

DE3784404T2 - Durch Rotation angetriebene, linear betätigte Spannzwinge.

Info

Publication number: DE3784404T2
Application number: DE87105883T
Authority: DE
Inventors: Alan Harkrader; Alexander Mcpherson
Original assignee: Dover Corp
Current assignee: Dover Corp
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1987-04-22
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2007-04-23
Also published as: ES2038970T3; EP0255853B1; EP0255853A3; US4723767A; EP0255853A2; DE3784404D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1; vgl. die DD-A-138 643.
Herkömmliche motorbetriebene industrielle Spannvorrichtungen verwenden typischerweise pneumatische oder hydraulische lineare Kolben, um Spannarme über ein Kniegelenkgestänge zu betätigen; eine neuere Version ist in dem U.S. Patent Nr. 4,458,889 vom 10.07.1984 offenbart. Solche Spannvorrichtungen, wie sie in der Industrie zum Halten identischer Werkstücke während der Bearbeitungsvorgänge verwendet werden, sind im allgemeinen auf eine bestimmte Spannposition beschränkt, bei der sich das Kniehebelgestänge in der Nähe oder vorzugsweise in der Mittelposition befindet, bei der die Spannvorrichtung bis zum Lösen des Betätigungsdruckes verriegelt bleibt und die maximale Spannkraft für einen bestimmten Betätigungsdruck ausgeübt werden kann. Eine Einstellung der Spannvorrichtung vor Erreichen der Mittelstellung des Kniehebelgestänges erfordert ein Halten des Betätigungsdruckes während der erforderlichen Spanndauer.
Um andererseits elektrisch betriebene Spannvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, wurden verschiedene elektrische Antriebe so modifiziert, daß sie eine Spannwirkung ausüben können, wie z. B. beim Betätigen einer Spannvorrichtung über ein Schneckengetriebe in der in dem U.S. Patent Nr. 2,395,242 offenbarten Weise oder beim Betätigen eines rohrförmigen Kolbens über eine von einem versetzten elektrischen Motor angetriebene Leitspindel in der im U.S. Patent Nr. 4,137,784 offenbarten Weise.
Bestimmte von elektrischen Motoren betätigte Stellvorrichtungen oder andere spindelbetätigte Vorrichtungen sind, allerdings ohne Anwendung in der Spanntechnik, in den U.S. Patenten Nr. 733,614; 1,279,346; 1,404,862; 1,543,181 und 2,956,181 offenbart, die sämtlich das gemeinsame Merkmal einer Vorschubspindel enthalten, die sich durch den elektrischen Motor unter axialer Ausrichtung zu diesem erstreckt.
In dem letztgenannten dieser Patente erstreckt sich eine zur Ventilbetätigung dienende Anzeige-Steuerstange vom rückwärtigen Ende der Vorschubspindel aus dem Motorgehäuse heraus, derart, daß eine gewisse Ahnlichkeit mit einem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Steuerungsmerkmal vorhanden ist.
Bezüglich der Erfordernisse industrieller Spannvorrichtungen ist es ein anerkanntermaßen wünschenswertes Merkmal der Spannvorrichtung, daß sie in der Spannposition selbstverriegelnd ist, um zu vermeiden, daß der Leistungsantrieb eingeschaltet bleiben muß.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung in Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die Anmelderin hat die selbstverriegelnden Eigenschaften einer drehfesten, linear verschiebbaren axialen Gewindespindel ausgenutzt, die direkt durch Drehung einer axial festgelegten Mutter angetrieben wird, welche mit einer hohlen Motorwelle gekuppelt ist, um ein Kniegelenkgestänge zu betätigen, wie es in dem vorgenannten Patent Nr. 4,458,889 offenbart ist. Die Mutter wird direkt von der Motorwelle angetrieben, durch Rollen-Drucklager axial festgelegt und ist mit einem gegossenen "Moglize"-Molydisulfid- Gewinde für den Antrieb der Gewindespindel versehen; die Gewindespindel ist mit einem integralen Betätiger versehen, der von Wälzlagerrollen in einer linearen Schienenführung zum Betätigen des Kniehebelgestänges geführt ist. Die Gewindespindel besitzt eine durchmesserverringerte Steuerstange, die durch das rückwärtige Ende der Motorwelle und das Motorgehäuse vorsteht, an dem ein verstellbarer Schalter befestigt ist, um den Leistungshub des Betätigers zu steuern.
Den maximalen Spanndruck erhält man an der Mittelstellung des Kniehebelgestänges; eine Spannung in jeder Stellung des Spannarms von der voll zurückgezogenen Position bis zu der Mittelposition maximaler Spannkraft läßt sich jedoch unter Einschränkung einer Begrenzung der Spannkraft in den Zwischenstellungen erzielen, die zunehmend größer wird, wenn sich das Kniehebelgestänge der Mittelposition nähert. In keiner Klemmposition muß die Betätigungskraft zum Einspannen des Werkstücks aufrechterhalten werden, und zwar aufgrund der selbstverriegelnden Eigenschaft der Mutter-Spindel-Betätigung.
Verschiedene Formen von Spannmechanismen lassen sich zusätzlich zu dem Kniehebelgestänge, unter der Voraussetzung einer Linear-Bewegungsverbindung mit dem Gewindespindelbetätiger, verwenden.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, geschnitten entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Spannkörpers, der in der Anordnung der Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 5 ist eine Teildraufsicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Rollenführungsplatte, die in den Zusammenbauansichten der Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist;
Fig. 7 ist eine vergrößerte Endansicht der Antriebsmutter, die in der geschnittenen Seitenansicht der Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Motorantriebswelle, die in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 10 ist eine Endansicht der in Fig. 9 gezeigten Antriebswelle;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Spindelbetätigers;
Fig. 12 ist eine Endansicht des in Fig. 11 gezeigten Spindelbetätigers;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des Gewindes, das bei dem Gewindebetätiger der Fig. 11 Verwendung findet;
Fig. 14 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Anschlag, der in den Zusammenbauansichten der Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist.
Es wird auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen. Der Spannkörper 10 ist an einer ortsfesten Basis 11 anbringbar, die an der Positionierungsfläche 11a der Seitenplatten 14 angeordnet ist. An diesen kann eine Werkstück-Haltevorrichtung zum Spannen des Werkstücks durch den Spannarm 12 angebracht werden, der mit voll ausgezogenen Linien in der Spannposition und durch gestrichelte Linien 12a in der zurückgezogenen Position dargestellt ist. Ein statt dessen vorgesehener gerader Arm 13, der mit gestrichelten Linien in der Spannposition dargestellt ist, kann in die gestrichelt gezeigte Position 13a zurückgezogen werden. Zwei Seitenplatten 14, die an einem zentralen Ansatz 15 des Spannkörpers durch einen Querstift 16 befestigt sind, sind außerdem an zwei einstückig angeformten seitlichen Verlängerungen 17 durch einen Mitnehmer 18 befestigt, der an den seitlichen Verlängerungen 17 durch Schrauben 19 angebracht ist.
Der Spannarm 12 ist an den Seitenplatten 14 durch eine querverlaufende Schraube 20 schwenkbar angebracht, die durch eine Kurbelverlängerung 21 verläuft, und das schmale Ende 22 des Spannarms 12 ist an zwei seitlichen Lenkern 23 durch einen querverlaufenden Stift 24 befestigt. Die seitlichen Lenker 23 sind ebenfalls an dem schmalen Ende 25a des Gewindespindelbetätigers 25 durch einen querverlaufenden Stift 26 befestigt; Verlängerungen desselben dienen als Achse für Nadellager 27, die in linearen Führungsschienen 28 in den Seitenplatten 14 hin und her bewegbar sind. Der Gewindespindelabschnitt 29 des Gewindespindelbetätigers 25 wird von einer Mutter 30 betätigt, die durch eine Schulter 31 axial festgelegt ist; die Schulter 31 liegt an den inneren Laufbahnen 32 von Drucklagern 33 an, die in einer Bohrung 34 des Spannkörpers 10 angeordnet sind. Eine Dichtung 32a hält Lagerschmiermittel innerhalb des Lagerhohlraums 34. Eine Gehäuseendkappe 35b des elektrischen Motors 36 ist mit der Endkappe 43 durch herkömmliche Zugstangen (nicht gezeigt) verbunden und bei 37 mit dem Ende des Spannkörpers 10 verschraubt. Die hohle Motorwelle 38 ist mit einem Mitnehmer 39 für den Antrieb der Mutter 30 versehen, wie am besten in den im folgenden beschriebenen Detailzeichnungen dargestellt ist. Die hohle Welle 38 ermöglicht die Rückziehbewegung des Gewindespindelendes 29 des Gewindespindelbetätigers 25 innerhalb des Motorgehäuses.
Eine Schaltstange 40, die mit dem Gewindeende 29 des Betätigers 25 verbunden ist, ist mit einem verstellbaren Schalter 41 versehen, um Hubgrenzen für den elektrischen Motor relativ zu verstellbaren Näherungsschaltern 42 präzise einstellen zu können; die Näherungsschalter 42 sind an einem geschlitzten Halter 42a angebracht, der seinerseits an einer Endkappe 43 am Ende des Motorgehäuses 35 befestigt ist.
Im Betrieb begrenzen Anschläge den Spannhub durch Anlage von Lagern 27 an den gekrümmten Enden 44 der Führungsschienen 28, wie am besten in Fig. 6 gezeigt ist; bei der Rückziehbewegung erfolgt die Begrenzung durch Anlage der Schulter 45 des Ringes 46 am Ende 47 der zylindrischen Bohrung 48 im Spannkörper 10. Die Schaltelemente 41, 42 sind vorzugsweise so eingestellt, daß der Motor im Leerlauf arbeiten kann, wenn die Anschlagflächen 45 und 47 ihre gegenseitige Anlage erreichen, da nur kleine Rückzugskräfte auftreten, jedoch mit einer zeitlichen Verzögerung der Leistungseinschaltung, um eine einwandfreie Anlage der Rollen 27 an dem Führungsschlitzende 44 sicherzustellen, ehe die Leistung abgeschaltet wird.
Während die allgemeine Betriebsweise der Spannvorrichtung aus der obigen Beschreibung verständlich ist, wird nun auf die in den Fig. 4 bis 15 vergrößert dargestellten einzelnen Bauteile Bezug genommen, um die konstruktiven Merkmale der Spannvorrichtung verständlich zu machen. Zunächst wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Der Spannkörper 10 ist ein gegossener oder spanabhebend bearbeiteter Block aus Aluminium mit einer Lagerbohrung 34 am einen Ende, mehreren Befestigungslöchern 50 für seitliche Befestigungsschrauben und Zentrierstiftlöcher 51 für eine präzise Positionierung. Zusätzlich schneiden rechtwinklige Befestigungslöcher 52 und Zentrierstiftlöcher 53 Seitentaschen 54, die auf beiden Seiten des Spannkörpers vorgesehen sind; jede umfalt eine Positionierfläche 55, die für bestimmte Spannbefestigungen verwendet werden kann. Die Bohrung 48 verläuft durch die Stirnfläche 56 des Spannkörpers, und der zentrale Vorsprung 15 enthält ein Querloch 47 für die Befestigungsschraube 16, die durch die Seitenplatten 14 verläuft. Mit Gewinde versehene Löcher 58 in den seitlichen Verlängerungen 17 nehmen Schrauben 19 zur Befestigung des Anschlags 18 in Eckenausnehmungen 59 auf.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Draufsicht verdeutlicht die Breite des zentralen Vorsprungs 15 und der seitlichen Verlängerungen 17, wodurch dazwischen ein Raum 60 für die Platten 14 geschaffen wird, die als solche in Fig. 6 dargestellt sind; jede dieser Platten ist mit einer Öffnung 61 für die Befestigungsschraube 16 versehen. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Fig. 14 erlaubt eine rechteckige Nut 63 in jeder der Platten 14 eine Anlage an schmalen Abschnitten 64 des Anschlags 18, was den Abstand der Platten 14 relativ zum Spannarm aufrechterhält, dessen Kurbelverlängerung 21 dazwischen schwenkt und an der Anschlagfläche 65 als Voranschlag anschlägt, um die Spannvorrichtung in ihrer Betriebsposition einzustellen.
Es wird nun auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Die Motorwelle 38 ist mit einer Keilverzahnung 66 zur Aufnahme des Motordrehmoments und einem Mitnehmer 67 versehen, der in Schlitze 68 in der Mutter 30 greift, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Eine Gegenbohrung-Ausnehmung 69 ermöglicht eine Rückziehbewegung des Gewindeendes 29 des Betätigers 25 und führt zu einem Durchgangskanal 70 für die Stange 40, die in ein Gewindeloch 71 im Gewindeende 29 eingeschraubt ist, die mit Haltemitteln 72 für eine Feststellschraube oder einen Querstift versehen ist. Die ringförmige Schulter 46 sowie der Durchmesser 73 des Schraubspindelbetätigers besitzen, obwohl sie größer sind als die Dicke des Arms 12 und der Abstand der in Fig. 1 gezeigten Platten 14, einen Freiraum, der von Ausnehmungen der Führungsschienen 28 herrührt, so daß die Ausfahrbewegung der Schulter 46 zwischen den Platten 14 nicht behindert wird, wie in Fig. 2 zu sehen ist.
Es wird auf die Fig. 7 und 8 weiter Bezug genommen. Die Antriebsmutter 30 ist mit einem geeigneten, reibungsarmen Gewindematerial wie Bronze, Kunststoff oder einem gegossenen Moly-Disulfid-Gewindeeinsatz 74 versehen, der im Muttergehäuse 75 durch Gewindenuten 76 oder durch ein Basisgewinde im Muttergehäuse 75 gehalten wird und eine spezielle Gewindeform 77 hat, wie in der vergrößerten fragmentarischen Ansicht der Fig. 13 zu sehen ist, die auf einer Schablonenschraube vergossen wird. Der bevorzugte Kunststoff ist unter der Handelsbezeichnung "Moglice" und unter dem eingetragenen Warenzeichen "Diamant" der Moglice Products Inc. sowie der deutschen Firma Diamant Metallplastik GmbH erhältlich. Dieses Material ist gekennzeichnet durch geringe Reibung, hohe Festigkeit, Abnutzungsbeständigkeit und minimalen Schrumpf beim Gießvorgang, um eine praktisch perfekte Passung bei voller Gewindeanlage und Nullgewindespiel im Betrieb sicherzustellen.
Aus der obigen Beschreibung wird verständlich, daß die offenbarte Spannvorrichtung so angebracht werden kann, daß die Spannposition des Arms an jeder beliebigen Zwischenposition der Gestängebewegung liegen kann, mit entsprechender Beschränkung der mechanischen Hebelwirkung des Gestänges bezüglich der zur Verfügung stehenden Spannkraft, jedoch mit gesicherter Verriegelung an jeder beliebigen Stelle aufgrund der irreversiblen Antriebseigenschaften der Gewindespindel und der Drucklager zur Aufnahme der Spanndruckreaktion. Es ist ferner klar, daß verschiedene Formen von Spanngestängen durch die lineare Verschiebung betätigt werden können, die durch die Motorwellendrehung einer Gewindespindel erzeugt wird, welche durch Drucklager axial festgelegt ist, unter Anlage an einen mit Gewinde versehenen linearen Element, das gegen Drehung und eine seitliche Spannreaktionskraft durch lineare Führungsschienen gesichert ist, an welchen vorzugsweise Rollenlager des linearen Elementes angreifen.

Claims

1. Drehangetriebene/linear betätigte Kniehebel-Spannvorrichtung mit einer Basis (11), einem umkehrbaren Motor (36), einer Antriebswelle (38), einer Mutter (30), einer Gewindespindel (29), einem Kniehebelgestänge (23), einem Spannelement (12), einer Dreh- und Linear-Bewegungsverbindung zwischen der Mutter (30) und der Gewindespindel (29), die von der axial ausgerichteten Drehmotor-Antriebswelle (38) betätigt wird, und Axialdruck-Festlegemitteln (33) für die Mutter (30) oder die Gewindespindel (29) und Axialbewegungs-Antriebsmitteln für das jeweils andere (29) dieser Elemente (29,30), wobei dieses andere Element eine drehfeste axiale Antriebsverbindung (25) mit dem Kniehebelgestänge hat, das Kniehebelgestänge eine Antriebsverbindung (24,22) mit dem Spannelement (12) hat, eine direkte Drehantriebsverbindung (39) zwischen der Antriebswelle (38) und der Gewindespindel (29) vorgesehen ist, und die Antriebswelle (38) mit einer Axialbohrung (69) zur Aufnahme der Gewindespindel (29) bei einer Drehbewegung der Gewindespindel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (29) eine lineare Führungsverbindung (26, 27) mit einem Lateral-Führungselement (14, 28) besitzt, daß ein Steuerstangenkanal (70) von der Bohrung (69) zu dem Ende der Antriebswelle (38) verläuft, und daß eine Steuerstange (40) von dem Ende der Gewindespindel (29) durch den Steuerstangenkanal (70) zu einer externen Schalterbetätigungsstelle verläuft.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Wälzdrucklager (33) zum axialen Festlegen der Mutter.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem gegossenen Kunststoff-Muttergewinde (74).

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Kunststoffgewinde (74) Moly-Disulfid enthält.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Kunststoffgewinde (74) eine Form mit einem gekrümmten Gewindefuß (77) hat.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der gekrümmte Gewindefuß tangential zu schrägen Seitenflanken (77) verläuft.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, bei die Seitenflanken an axial verlaufenden Abflachungen enden (Fig. 13).

8. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Betätigungsverlängerung (25, 25a) der Gewindespindel.

9. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Lateral-Führungselement (14, 28) Schienenmittel (28) aufweist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Verlängerung mit Wälzlagerrollen (27) versehen ist, die in zwei gegenüberliegenden Schienenelementen (28) laufen.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Basis aus einem im wesentlichen rechteckigen Körper (10) besteht, wobei der Körper versehen ist mit Mitteln (50-53), die eine Befestigung an irgendeiner von vier aufeinander senkrecht stehenden benachbarten rechteckigen Flächen ermöglichen, einer Bohrung (34) zur Aufnahme der Drucklager, einem axialen Kanal (48) für die Gewindespindel und Mittel (15, 16, 17) zum Anbringen der beiden Schienenelemente.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 11, bei der jedes der Schienenelemente mit einer linearen schienenförmigen Ausnehmung (28) zur Aufnahme einer Wälzlagerrolle (21) versehen ist, die in einem halbkreisförmigen Ende (45, 47) endet, um einen Anschlag für die Rolle in der Spannposition des Kniehebelgestänges zu bilden, wobei eine Gewindespindelverlängerung (25) mit zwei daran angebrachten Wälzlagerrollen (27) in die linearen Schienenausnehmungen (28) greift.

13. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Motorwelle als durchmesserabgestufte Welle mit einem keilverzahnten Äußeren (66), einem als Gegenbohrung ausgebildeten Inneren (69), einem Steuerstangenkanal (70) und einem Mitnehmerende (69) ausgebildet ist.

14. Spannvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Gewindespindel eine integrale Gestängebetätigungsverlängerung (25a) und ein mit einer Öffnung versehenes Ende aufweist, das einen Querstift (26) zur Lagerung der in den Schienen laufenden Rollen (21) aufnehmen kann.

15. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Basis eine einteilige Verlängerung zwischen den beiden Schienenelementen zur Verbindung mit diesen und zwei äußere Seitenverlängerungen (19) seitlich außerhalb der Schienenelemente aufweist.

16. Spannvorrichtung nach Anspruch 15, mit einem an den Seitenverlängerungen anbringbaren Anschlagelement (18) mit Abstandsmitteln, die die Schienenelemente sowohl in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wie auch in seitlicher Richtung beabstanden, um einen Freiraum für die Spannarm- Schwenklagerung dazwischen zu bilden.

17. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das seitliche Führungselement Wälzlagermittel aufweist, die an der an dem anderen Element angreifenden Basis befestigt sind.