DE69313546T2

DE69313546T2 - Spannvorrichtung mit Nocken und mit schwingendem Spannarm

Info

Publication number: DE69313546T2
Application number: DE69313546T
Authority: DE
Inventors: Monteiro Luciano Trindad Sousa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: US5501435A; EP0578989B1; EP0578989A1; DE69313546D1; BR9202708A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit Nocken gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und insbesondere solche Spannvorrichtungen, die mit einem schwingenden Spannarm versehen sind, der sich aus einer ersten Position, einer Löseposition, in eine zweite Position bewegt, in der die Spannvorrichtung betätigt wird, um einen gewünschten Gegenstand einzuspannen.

Beschreibung der verwandten Technik

Es gibt verschiedene Arten von Spannvorrichtungen zum Einspannen von Gegenständen wie Stempel, Montagevorrichtungen, Formwerkzeugen und Teilen bei der maschinellen Bearbeitung. Solche Vorrichtungen benutzen im allgemeinen Hydraulikkraft, um Spannkraft auszuüben, erfordern aber kontinuierliche Druckausübung, um die Spannwirkung aufrechtzuerhalten. Manche Vorrichtungen wie die im US- Patent Nr.4,721,293 offenbarte Vorrichtung lehren die Benutzung eines Hydraulikmechanismus zum anfänglichen Schließen der Spannvorrichtung, benutzen dann aber einen Selbstsperrmechanismus, um die Notwendigkeit fortgesetzten Hydraulikdrucks zu beseitigen. Die JP 56-39846 benutzt ebenfalls Hydraulikkraft in Verbindung mit einer mechanischen Sperre. Diese Spannvorrichtungen müssen jedoch manuell oder mittels eines Hilfssystems fixiert oder positioniert werden, was ihre Betriebsumstellungszeit und ihre Herstellungskosten vergrößert.
Zur Beseitigung solcher Unzulänglichkeiten kennt man Schwing-Spannvorrichtungen mit einer Nockenhülse und/oder einem Nockenschlitz, die pneumatisch, hydraulisch oder manuell betrieben werden, etwa aus dem US-Patent Nr.5,013,015. Diese Vorrichtungen üben aber keine so starken Sperrkräfte wie die oben beschriebenen aus. Die vorher beschriebenen Vorrichtungen haben jedoch nicht den Nutzen eines schwingenden Spannarms.
Eine Vorrichtung mit einem Schwing-Spannarm und einer starken Sperrkraft ist im US-Patent Nr. 4,830,349 offenbart. Sie stellt jedoch ein relativ kostspieliges Konzept dar und benötigt zum Betrieb kontinuierlichen Druck von einer Hydraulikpumpe, was zusätzliche Betriebskosten aus kontinuierlichem Betrieb und Wartung zur Folge hat.
Eine Spannvorrichtung mit Nocken gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist in der DE-A-36 03 618 offenbart. Die zentrale Welle hat hier die Form eines Gewindebolzens, und die zentrale Welle wird durch ein Ritzel betätigt, das auf den Gewindebolzen geschraubt ist und das drehbar im Gehäuse der Spannvorrichtung angeordnet ist. Das Ritzel 9 wird durch ein weiteres Ritzel 17 betätigt, das ebenfalls im Gehäuse angeordnet ist. Durch Drehen des Ritzels 9 mittels des Ritzels 17 wird die Welle 6 zusammen mit dem Spannglied 5 zuerst gedreht und dann axial in eine Spannposition bewegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung mit Nocken zu schaffen, die vorteilhaft einfach, betriebssicher und rationell im Betrieb ist und die preiswert und leicht herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit Nocken wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Die Unteransprüche betreffen besondere Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung liefert eine mechanische Spannvorrichtung mit einem schwindenden Spannarm mit starker Spannwirkung und ohne die Notwendigkeit kontinuierlicher Druckanwendung, während das Spannen durchgeführt wird.
Zusätzlich kann so ein Spannen auf verschiedene Antriebsarten aktiviert oder deaktiviert werden, einschließlich manuellem, pneumatischem oder hydraulischem Betrieb, ohne darauf beschränkt zu sein. Jede Antriebsart hat im Betrieb bestimmte Vorteile.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Spannvorrichtung mit einem schwingenden Spannglied, das an einer drehbaren zentralen Welle innerhalb eines Spannkopfes befestigt ist. Innerhalb des Kopfes ist außerdem ein Sperrnocken mit einem Eingriffsglied wie einem Stiftglied vorgesehen, im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Welle. Der Sperrnocken hat wenigstens eine Oberfläche, die wenigstens teilweise schräg abfällt. Der Sperrnocken kann sich außerdem geradlinig innerhalb seiner Ebene bewegen. Wenn der Sperrnocken im Betrieb in bezug auf die zentrale Welle bewegt wird, greift das Eingriffselement in die Welle ein, beispielsweise in eine in der Welle vorgesehene Rille. Die fortgesetzte Bewegung des Sperrnockens bewirkt, daß sich die Welle mit dem daran befestigten Spannglied aus einer ersten Position in eine zweite Position dreht.
In der zweiten Position rückt das Eingriffsglied aus der Welle aus, was die weitere Drehung der Welle (und des Spanngliedes) anhält. Der Sperrnocken bewegt sich jedoch in der gleichen Richtung unterhalb und im Gleitkontakt mit der Welle weiter, und seine schräg abfallende Oberfläche bewirkt, daß die Welle das Spannglied dazu bringt, nach unten zu schwenken, um die gewünschte Spannkraft auszuüben. Um zum Ausspannen eines Gegenstandes den Vorgang umzukehren, wird der Sperrnocken in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Die Bewegung des Sperrnockens wird mittels einer damit verbundenen Hilfantriebsquelle erzielt, die pneumatische oder hydraulische Zylinder, mechanische Kraftquellen oder manuelle Betätigung umfassen kann.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sowie Betriebs- und Wirkungsweisen der dazugehörigen Bauelemente und die Kombination von Teilen und Einsparungen bei der Fertigung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Beschreibung bilden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figuren 6 und 7 zeigen zusätzliche alternative Ausführungsformen. Man beachte, daß diese Ausführungsformen beispielhaft sind und nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend zu deuten sind.
Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf die Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform entlang einer Linie 1-1 in Figur 2.
Figur 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 2-2 in Figur 1.
Figur 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 3-3 in Figur 1.
Figur 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 4-4 in Figur 3.
Figur 5 ist eine Draufsicht auf die Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine mögliche Hilfsantriebsquelle zeigt.
Figur 6 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die doppelte Spannaufbauten enthält, die als Hilfsantriebsquellen unter Druck setzbare Zylinder benutzen, die aus der gleichen Druckquelle betreibbar sind.
Figur 7 ist ein Seitenaufriß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit noch größerem Druck spannt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen tragen gleiche Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen, mit Ausnahme einer anderen Präfix-Nummer für ein bestimmtes Beispiel.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen die vorliegende Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform. Eine Spannvorrichtung mit Nocken 10 enthält eine zentrale Welle 12, die drehbar innerhalb eines Spannkopfes 16 angeordnet ist. Der Spannkopf 16 ist wiederum auf einem Grundkörper 18 befestigt. Die Welle 12 weist einen Gegennocken 20 auf, der mit einer Mutter 28 und einem Sperrstift 62 an ihrem einen axialen Ende befestigt ist. Am entgegengesetzten Ende der Welle 12 ist ein Spannglied 32 befestigt, beispielsweise mittels eines Stiftes 34. Innerhalb des Spannkopfes 16 befindet sich außerdem ein Sperrnocken 14 in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der zentralen Welle 12. Der Sperrnocken 14 hat eine schräg abfallende Oberfläche im Gleitkontakt mit dem Gegennocken 20 und ist innerhalb seiner Ebene beweglich. Der Sperrnocken 14 enthält außerdem ein Eingriffsglied, etwa ein Stiftglied 22, wie dargestellt.
Im Betrieb wird der Sperrnocken 14 durch eine weiter unten beschriebene Hilfsantriebsquelle dazu gebracht, sich zu bewegen. Durch die Bewegung des Sperrnockens 14 wird der Eingriffsstift 22 in eine Pösition bewegt, in der er an einem Teil der zentralen Welle 12 angreift. Dies hat zur Folge, daß sich die Welle 12 und das daran befestigte Spannglied 32 von einer ersten Position weg bewegen. Die zentrale Welle 12 kann mit einer geeignet angeordneten Kerben- oder Rillenstruktur 12a zur Aufnahme des Eingriffsgliedes 22 versehen sein, um den Eingriff dazwischen zu erleichtern.
Nach einer bestimmten Drehstrecke rückt das Eingriffsglied 22 infolge der Natur ihrer Bewegungslinie in bezug auf die Welle aus der zentralen Welle 12 aus. Gleichzeitig wirkt außerdem ein optional vorgesehenes Anschlagglied, etwa ein Anschlagstift 24, um eine weitere Drehung der zentralen Welle 12 zu verhindern. Die resultierende Wirkung hält die zentrale Welle 12 und das Spannglied 32 in einer zweiten Position an, in Figur 4 gestrichelt gezeigt. Diese zweite Position entspricht der Position, in der das Einspannen stattfinden soll. Nachdem der Eingriffsstift 22 aus der zentralen Welle ausgerückt ist, bewegt sich der Sperrnocken 14, an dem der Eingriffsstift 22 befestigt ist, unter dem Einfluß der Hilfsantriebsquelle in der gleichen Richtung weiter.
Danach kommt ein schräg abfallender Teil 14A des Sperrnockens 14 mit dem Gegennocken 20 in Gleitkontakt. Die nach unten gerichtete verkeilende Wirkung des schräg abfallenden Teils 14A gegen den Gegennocken 20 bewirkt, daß sich die am Gegennocken 20 befestigte Mutter 28 axial nach unten bewegt. Da die Mutter 28 an der zentralen Welle 12 befestigt ist, bringt sie wiederum das am anderen Ende der Welle 12 befestigte Spannglied 32 dazu, sich ebenso in der gleichen Richtung nach unten zu bewegen und eine Spannkraft auszuüben, um ein Werkstück 40 wie gewünscht auf einem Arbeitstisch 42 aufzuspannen.
Das Lösen der Spannvorrichtung erfolgt einfach durch Umkehren des Vorgangs (d.h. durch die umgekehrte Bewegung des Sperrnockens 14), wodurch die Spannkraft weggenommen wird und das Spannglied 32 durch die zentrale Welle 12 zurück in die erste, die Löseposition gedreht wird.
Die Erfindung gemäß dieser Ausführungsform wird mittels einer Hilfsantriebsquelle betrieben, die von irgendeiner von mehreren Arten einschließlich pneumatischer oder hydraulischer Zylinder, mechanischer Kraftquellen oder manueller Betätigung sein kann, ohne darauf beschränkt zu sein. Jede Antriebsart hat im Betrieb bestimmte Vorteile. Zum Beispiel entfällt bei manueller Betätigung die Notwendigkeit einer Verbindung mit einer externen Kraftquelle. Unter inneren Druck gesetzte Zylinder oder eine mechanische Quelle ermöglichen einen automatisierten Betrieb und/oder eine Fernbedienung der Spannvorrichtung.
In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform wird als Beispiel ein unter inneren Druck gesetzter Kolbenzylinder 48 verwendet. Der Grundkörper 46 des Zylinders 48 ist mit der Spannvorrichtung 10 verbunden. Im Betrieb ist der Kolben 52 im allgemeinen mittels einer Zylinderwelle 26 mit dem Sperrnocken 14 verbunden. Wenn daher der Zylinder 48 unter inneren Druck gesetzt bzw. drucklos gemacht wird, bewirkt er, daß der Kolben 52 den Sperrnocken 14 mit der Welle 26 bewegt, wie oben beschrieben.
Für zusätzliche Sicherheit kann der Spannvorgang unter Verwendung einer Stahl- oder Gasfederwirkung 60 durchgeführt werden, die mit Sicherheit tendenziell in einer Richtung zur Erzielung von Spannwirkung wirkt (d.h. eines Spannschlusses). Die Hilfsantriebsquelle wird dann nur für den Ausspannvorgang benutzt. Diese Anordnung hilft zufälligen Spannkraftverlust infolge physischer Trennung von Druckleitungen oder Druckverlust darin zu verhindern. Eine in Figur 12 gezeigte Sperrfederwirkung 162 wirkt auf eine ergänzende Weise, um einen Sperrring 114 in Richtung auf eine Position zu zwingen, in der eine Spannkraft ausgeübt wird.
Zusätzlich zeigt Figur 5 ein Verbindungsglied 54 für einen entweder mechanischen oder manuellen Betrieb der Welle 26 in Verbindung mit der Federwirkung 60.
Ein bei der ersten Ausführungsform verwendbares Merkmal ist eine Konstruktion innerhalb des Spanngliedes zur Unterstützung des Ausspannvorgangs, etwa Tauchkolben 36, die unter dem Einfluß von Federn 38 wirken (siehe zum Beispiel Figur 3). Wie man infolge seiner Orientierung leicht sieht, wird der Tauchkolben durch die Feder gegen den Spannkopf 16 gedrückt. Dies bewirkt eine kleine Rückstelikraft (d.h. kleiner als die Spannkraft), die der Spannkraft entgegenwirkt, um mitzuwirken, das Spannglied 32 vom Werkstück weg zu treiben, wenn keine Spannkraft mehr gewünscht wird.
Die in dieser und anderen Ausführungsformen beschriebene Spannvorrichtung mit Nocken kann an einer Werkbank oder einem Arbeitstisch 42 montiert werden (siehe Figur 3), zum Beispiel auf irgendeine bekannte Art und Weise, etwa mit Schrauben 30 oder T-Klötzen 56, die Schrauben 58 am Grundkörper der Spannvorrichtung befestigt und in T-Schlitze eingeführt sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind sicher möglich. Zum Beispiel zeigt Figur 6 einen doppelten Spannaufbau 210, der durch doppelte Kolbenzylinder 248, 248 angetrieben wird, die von einer einheitlichen Druckquelle 211 dazwischen betätigt werden. In einer weiteren Anordnung (nicht gezeigt) kann die Hilfsantriebsquelle in Draufsicht gesehen unter einem beliebigen Winkel in bezug auf die Spannvorrichtung orientiert sein.
Bestimmte Anwendungen können eine größere Spannkraft erfordern als mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhältlich. In solchen Fällen wird zusätzlich zum Sperrnocken 14 Triebkraft aus einer geeigneten Quelle direkt auf die zentrale Welle 12 angewandt. Auf diese Weise wird eine verglichen mit der Kraftanwendung nur auf den Sperrnocken 14 größere Spannkraft erzielt. Figur 7 zeigt eine Alternative, bei der zusätzlich zum Sperrnocken 14 in einer Richtung, die eine Spannkraft ausüben läßt, Triebkraft direkt auf die zentrale Welle 12 ausgeübt wird, zum Beispiel durch Druck aus einer Drucköffnung 63. In so einem Beispiel wird daher die Spannkraft, die durch die Wirkung des Sperrnockens 14 ausgeübt wird, durch die Anwendung von zusätzlicher Kraft direkt auf die zentrale Welle 12 vergrößert. Um die Rückkehr der zentralen Welle zu ermöglichen, werden Tellerfedern 65 verwendet, wie in Figur 7 gezeigt.

Claims

1. Spannvorrichtung mit Nocken, mit

(a) einem Spannkopf (16);

(b) einem Grundkörper (18);

(c) einer zentralen Welle (12), die innerhalb des Nockenkopfes angeordnet ist und die eine Längsachse aufweist, wobei die zentrale Welle um die Längsachse drehbar sowie axial beweglich ist;

(d) einem Spannglied (32), das an einem axialen Ende der zentralen Welle befestigt ist;

gekennzeichnet durch

(e) einen Gegennocken (20), der mittels einer Mutter (28) am entgegengesetzten axialen Ende der zentralen Welle befestigt ist und der in dem Grundkörper angeordnet und axial beweglich ist;

(f) einen Sperrnocken (14), der innerhalb des Spannkopfes angeordnet ist und der in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Achse der zentralen Welle (12) liegt und wenigstens eine Oberfläche aufweist, die dem Gegennocken (20) gegenüberliegt und die wenigstens teilweise in bezug auf die Längsachse von dem Grundkörper weg abfällt, wobei der Sperrnocken innerhalb der Ebene geradlinig beweglich ist und eine daran befestigte Eingriffseinrichtung (22) für einen Eingriff des Sperrnockens (14) mit der zentralen Welle (12) enthält, um die zentrale Welle und das Spannglied dazu zu bringen, sich über eine bestimmte Bewegungsbogenlänge um die Längsachse zu drehen; und

(g) eine Hilfsantriebseinrichtung (26, 48), die mit dem Sperrnocken verbunden ist, um den Sperrnocken während des Betriebs innerhalb des Spannkopfes zu bewegen.

2. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei die bestimmte Bewegungsbogenlänge zwischen einer ersten Spannposition, in der keine Spannkraft von dem Spannglied (32) ausgeübt wird, und einer zweiten Spannposition liegt, die sich im Winkelabstand von der ersten Spannposition befindet und in der eine Spannkraft ausgeübt wird.

3. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei die Eingriffseinrichtung einen Stift (22) aufweist, der an dem Sperrnocken befestigt ist.

4. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 2, wobei der Spannkopf (16) mit einer Anschlageinrichtung (24) versehen ist, um zu verhindern, daß sich die zentrale Welle (12) und das Spannglied (32) aus der ersten Spannposition über die zweite Spannposition hinaus drehen.

5. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 4, wobei die Anschlageinrichtung einen Stift (24) aufweist, der an dem Spannkopf (16) befestigt ist.

6. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei das Spannglied eine verformbare Federeinrichtung (38) enthält, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, die der von dem Spannglied (32) im Betrieb ausgeübten Spannkraft entgegenwirkt, um das Lösen des Spanngliedes von einem eingespannten Gegenstand zu erleichtern, wenn die Spannkraft nicht mehr angelegt wird.

7. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei die Hilfsantriebseinrichtung einen unter Druck setzbaren Zylinder (48) aufweist.

8. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 7, wobei der unter Druck setzbare Zylinder (48) pneumatisch betrieben wird.

9. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 8, wobei das Pneumatikfluid Stickstoffgas ist.

10. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 7, wobei der unter Druck setzbare Zylinder (48) hydraulisch betrieben wird.

11. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei die Hilfsantriebseinrichtung eine Quelle für mechanische Arbeit (54) aufweist, die mit dem Sperrnocken (14) verbunden ist.

12. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, mit einer elastischen Federeinrichtung (60), die auf den Sperrnocken wirkt, um das Spannglied während eines Spannvorgangs zu betätigen, wobei die Hilfsantriebseinrichtung (26, 48) während eines Entspannvorgangs betriebsfähig ist.

13. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, mit einer Gasdruckeinrichtung (60), die auf den Sperrnocken wirkt, um das Spannglied während eines Spannvorgangs zu betätigen, wobei die Hilfsantriebseinrichtung (26, 48) während eines Entspannvorgangs betriebsfähig ist.

14. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, wobei die Spannvorrichtung mit Nocken weiterhin eine Federeinrichtung zum Bewegen des Sperrnockens während eines Spannvorgangs aufweist, wodurch die Hilfsantriebseinrichtung verwendet wird, um den Sperrnocken während eines Entspannvorgangs zu bewegen.

15. Spannvorrichtung mit Nocken gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine Einrichtung (63) zum Anlegen einer Triebkraft an den Sperrnocken und direkt an die zentrale Welle aufweist, um einen Spannvorgang auszulösen, wodurch das Spannglied dazu gebracht wird, eine verglichen mit der Auslösung des Spannvorgangs durch den Sperrnocken allein stärkere Spannkraft auszuüben.