EP0930130B1

EP0930130B1 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: EP0930130B1
Application number: EP99100659A
Authority: EP
Inventors: Peter Schauss
Original assignee: DE STA CO Metallerzeugnisse GmbH
Current assignee: DESTACO Europe GmbH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2003-06-11
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: DE59905895D1; EP0930130A2; ES2195453T3; EP0930130A3; DE19801433A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Festspannen von Werkstücken gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11.

Eine derartige Spannvorrichtung ist bspw. nach der DE-U-87 14 390.9 bekannt. Diese Spannvorrichtung besteht, wie im wesentlichen alle anderen vergleichbaren Spannvorrichtungen auch, aus einem druckmittelbetriebenen Stellantrieb mit einer sogenannten Schnittstelle für Druckmittel- und Elektroanschlüsse, wobei der Stellantrieb über ein linear bewegbares Stellglied und über eine im Kopf der Spannvorrichtung angeordnete Stellmechanik mit einem schwenkbar gelagerten Spannarm in Verbindung steht und dem Stellglied eine Positionsabfrageeinrichtung mit elektrischen Positionsabfrageanschlüssen zugeordnet ist. Die sogenannte Schnittstelle wird dabei vom unteren Abschlußdeckel des Stellantriebes bzw. des Betätigungszylinders gebildet.

Derartige Spannvorrichtungen werden in der Mehrzahl der Fälle nicht allein, sondern gleichzeitig im sogenannten Anlagenverbund mit mehreren anderen gleichartigen oder auch unterschiedlichen Spannvorrichtungen betrieben. Dazu ist es erforderlich, Positionsabfrageeinrichtungen und Stellantriebe aller Spannvorrichtungen mit einer zentralen Steuer- bzw. Regelung einer solchen Anlage zu verbinden. Erschwerend kommt hinzu, daß dabei die Spannvorrichtungen in der Regel unterschiedliche Funktionen zu erfüllen haben und dementsprechend ausgestattet und gesteuert bzw. geregelt sein müssen. Bspw. ist es bei besonders schnell öffnenden Spannvorrichtungen erforderlich, daß im Fuß des Stellantriebes eine sogenannte Endlagendämpfung vorgesehen sein muß. Ferner ist es bei separat, im Gegensatz zu parallel arbeitenden Spannvorrichtungen erforderlich, diese jeweils separat mit der Steuer- bzw. Regelung der Anlage zu verbinden. Es muß folglich je nach Anwendungszweck entschieden werden, welche speziell ausgebildete Spannvorrichtung einzusetzen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie an verschiedenartige Anschluß- und Funktionserfordernisse auf einfache Weise anpaßbar ist, diese also an sich typengleich, aber funktionsangepaßt an unterschiedlichen Funktionsstellen einer ganzen Anlage zum Einsatz kommen kann.

Diese Aufgabe ist mit einer Spannvorrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Da die Anordnung der einzelnen Module, und zwar einzeln oder in Kombination am unteren Ende des Stellantriebes nicht zwingend ist, kann die Modulanordnung auch parallel neben dem Stellantrieb vorgesehen werden, was im zweiten unabhängigen Patentanspruch Anspruch 11, erfaßt ist, in dieser Ausbildung zum gleichen Ergebnis führt und in der Mehrzahl der Fälle sogar zu bevorzugen ist, da dies in der Regel die An- bzw. Einbauverhältnisse an einem Anordnungsgestell einer solchen Anlage eher erfordern.

Diesen beiden Lösungen liegt der Gedanke zugrunde, an einer Spannvorrichtung deren Schnittstelle derart auszubilden, daß an dieser verschiedenartige, zur eigentlichen Schnittstelle passende Anschlußmodule, und zwar auch untereinander passend, zugeordnet werden können, um den unterschiedlichen Anschluß- und Funktionserfordernissen der jeweiligen Spannvorrichtung gerecht zu werden. Letztlich bedeutet dies, daß die bislang üblichen, zentralen Steuerungen mit ihren aufwendigen Leitungsführungen zu den einzelnen Spannvorrichtungen aufgelöst und die für die Steuerung und Regelung jeder Spannvorrichtung notwendigen Elemente funktionsspezifisch unmittelbar an den ansonsten im wesentlichen gleich ausgebildeten Spannvorrichtungen selbst angeordnet sind.

Vorteilhaft sind im mindestens einen Anschlußmodul auch die elektrischen Positionsabfrageanschlüsse mit enthalten. Um sicherzustellen, daß die im Kopf der Spannvorrichtung angeordnete Positionsabfrageeinrichtung zum Anschlußmodul geführten elektrischen Leitungen nicht beschädigt werden, ist es ferner vorteilhaft, am Stellantrieb einen Verbindungsmodul als Kabelführung anzuordnen.

Um insbesondere im Anlagenverbund betriebene Spannvorrichtungen ähnlich wie ein Computernetzwerk betreiben zu können, also die einzelnen Informationen nicht über separate Leitungen sondern über eine einzige Leitung schicken zu können, ist vorteilhaft vorgesehen, in einem Verbindungsmodul einen Mikroprozessor umfassende elektronische Mittel zum Senden und Empfangen von codierten Informationssignalen anzuordnen. Hat also bspw. eine bestimmte Spannvorrichtung eine ihrer beiden Endstellungen erreicht und soll diese Information an die Steuer- bzw. Regeleinrichtung weitergeleitet werden, so wird das entsprechende Signal mit Hilfe der elektronischen Mittel derart codiert und auf die gemeinsame Steuerleitung übertragen, daß entsprechende elektronische Mittel der Steuer- und Regeleinrichtung nach einer Dekodierung in der Lage sind, diese Information der jeweiligen Spannvorrichtung zu vermitteln.

Was die äußere Gestaltung der Anschlußmodule betrifft, so sei darauf hingewiesen, daß dem Prinzip nach zwei verschiedene Anschlußmodule vorgesehen sind, nämlich ein Anschlußmodul in Form eines Endstückes, das auch allein an der Schnittstelle anschließbar ist, und ein Anschlußmodul in Form eines Zwischenstückes, das sich zwischen dem Stellantrieb und dem Endstück befindet, wobei auch, was noch näher erläutert wird, mehrere Zwischenstücke vorsehbar sind.
Ferner ist auch ein Anschlußmodul vorgesehen, der sowohl als Endstück als auch als Zwischenstück einsetzbar ist. Bezüglich der Funktion der einzelnen Anschlußmodule wird auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwiesen.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt jeweils im Schnitt

Fig. 1: die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit nur einem Anschlußmodul
Fig. 2: einen Anschlußmodul mit Druckmittelanschlüssen in Form eines Endstückes;
Fig. 3: einen Anschlußmodul mit elektrisch gesteuertem Mehrwegeventil in Form eines Zwischenstückes;
Fig. 4: einen Anschlußmodul mit elektronischen Mitteln zum Senden und Empfangen von codierten Informationssignalen in Form eines Endstückes;
Fig. 5: einen Anschlußmodul mit Endlagendämpfung für den Stellantrieb in Form eines Zwischenstückes;
Fig. 6: einen Teil der Spannvorrichtung mit einem Zwischenstück gemäß Fig. 5 und einem Endstück gemäß Fig. 2;
Fig. 7: einen Teil der Spannvorrichtung mit einem Zwischenstück gemäß Fig. 3 und einem Endstück gemäß Fig. 2;
Fig. 8: das Unterteil der Spannvorrichtung mit zwei Zwischenstücken gemäß Fig. 3 und 5 und einem Endstück gemäß Fig. 2;
Fig. 9: das Unterteil der Spannvorrichtung mit einem Zwischenstück gemäß Fig. 3 und einem Endstück gemäß Fig. 4;
Fig. 10: das Unterteil der Spannvorrichtung mit zwei Zwischenstücken gemäß Fig. 3 und 5 und einem Endstück gemäß Fig. 4;
Fig. 11: das Unterteil der Spannvorrichtung mit im Bereich der Positionsabfrageeinrichtung angeordneten Positionsabfrageanschlüssen;
Fig. 12: das Unterteil der Spannvorrichtung gemäß Fig. 11 mit einem Zwischenstück gemäß Fig. 5 und einem einfachen Endstück;
Fig. 13: das Unterteil der Spannvorrichtung gemäß Fig. 11 mit zwei Zwischenstücken gemäß Fig. 3 und 5 und einem einfachen Endstück;
Fig. 14: das Unterteil der Spannvorrichtung mit im Verbindungsmodul angeordneten elektronischen Mitteln zur Codierung der Signale;
Fig. 15: das Unterteil der Spannvorrichtung gemäß Fig. 14 mit dem Modul für die Endlagendämpfung und
Fig. 16: eine Spannvorrichtung mit parallel neben ihrem Stellantrieb angeordneten Modulen +(Fig.16A).

Fig. 1 ist die Spannvorrichtung im Schnitt dargestellt, die in bekannter Weise aus einem druckmittelbetriebenen mit Druckmittelanschlüssen 2 versehenen Stellantrieb 1(Pneumatik-oder Hydraulikzylinder) besteht, der über ein linear bewegtes Stellglied 3 und über eine im Kopf 4 der Spannvorrichtung angeordnete Stellmechanik 5 mit einem schwenkbar gelagerten Spannarm 6 in Verbindung steht, wobei dem Stellglied 3 eine nur schematisch angedeutete Positionsabfrageeinrichtung 7 mit elektrischen Positionsabfrageanschlüssen 8(insgesamt nur als Steckdosenanschluß dargestellt) zugeordnet ist. Die hier sogenannte Schnittstelle ist mit 9 bezeichnet. Für die Druckmittelzuführung zwecks Öffnung bzw. Rückstellung des Spannarmes 6 ist am Stellantrieb 1 ein Druckmittelkanal 10 bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.1 und 6 bis 15 vorgesehen.

Für eine solche Spannvorrichtung ist nun gemäß erster Lösung wesentlich, daß an der dem Kopf 4 abgewandten Seite des Stellantriebes 1 funktional verschiedene, zueinander aber kompatible Anschlußmodule I bis IV, die quer zur Achse 1' des Stellantriebes orientierte Schnittstelle 9 mindestens für die Druckmittelanschlüsse 2 bildend, wahlweise einzeln oder zu mehreren hintereinander angeordnet vorgesehen sind.

Außerdem ist am Stellantrieb 1 ein Verbindungsmodul V als Kabelführung für die elektrische Verbindung zwischen der Positionsabfrageeinrichtung 7 und dem jeweiligen den unterem Deckelabschluß des Stellantriebes bildenden Modul angeordnet.

In den Fig. 2 bis 5 sind verschiedene sowohl als Endstücke als auch als Zwischenstücke einzusetzende Anschlußmodule I-IV dargestellt, wobei der Modul gemäß Fig. 2 dem Anschlußmodul I nach Fig. 1 entspricht.
Das Zwischenstück bzw. der Modul II gemäß Fig. 3 weist ein elektrisch gesteuertes Wegeventil 16 zum Öffnen und Schließen der Druckmittelanschlüsse 2 auf, wobei dessen elektrischen Anschlüsse 17 zur Steuerung des Wegeventils 16 mit den Abfrageanschlüssen 8 der Schnittstelle 9 verbunden sind. Der in Form eines Endstückes ausgebildete Anschlußmodul III in Fig. 4 enthält einen Mikroprozessor 12 umfassende elektronische Mittel 13 (Platine) zum Senden und Empfangen von codierten Informationssignalen , die mit einer (nicht dargestellten) Steuer- bzw. Regeleinrichtung von anderen Spannvorrichtungen in Verbindung stehen. Dieser Modul gemäß Fig.4 ist für solche Fälle von besonderem Interesse, in denen mehrere Spannvorrichtungen gewissermaßen als Computernetzwerk funktionell zu verschalten sind.

In Fig. 5 ist schließlich ein als Endlagendämpfung 15 für den Kolben 1" des Stellantrieb 1 dienender Modul IV dargestellt. Diese an sich bekannte Endlagendämpfung 15 ist insbesondere bei schnell öffnenden Spannvorrichtungen erforderlich, um ein "Durchschlagen" des Stellantriebbodens zu vermeiden.

In den Fig. 6 bis 10 sind die vorerwähnten Module I bis IV in verschiedenen An- und Zuordnungsmöglichkeiten dargestellt, um die durch die erfindungsgemäße Ausbildung erreichbare Variabilität und Anpaßbarkeit der Spannvorrichtung an unterschiedliche Anschluß- und Funtionserfordernisse zu verdeutlichen.

Die im Vergleich zu Fig. 1 gewissermaßen einfachste Ausführungsform entspricht der in Fig. 11 dargestellten Spannvorrichtung, deren Ausführungsform lediglich ein in Form eines Endstückes ausgebildeten Anschlußmodul I mit Druckmittelanschlüssen 2 aufweist. Die elektrischen Positionsabfrageanschlüsse 8 (lediglich als kleine Steckdose dargestellt) sind, um den oben erwähnten Verbindungsmodul V einzusparen, in unmittelbarer Nähe der Positionsabfrageeinrichtung 7 als separater, seitlich angesetzter Modul 11 angeordnet.

Die Spannvorrichtung in Fig. 12 entspricht derjenigen in Fig. 11, allerdings ergänzt um den Modul IV für die Endlagendämpfung.
In Fig. 13 ist außerdem noch eine Spannvorrichtung mit einem Mehrwegeventil 16 mit eigenen elektrischen Anschlüssen 17 dargestellt, die jedoch auch in einem separaten, außen angesetzten Modul 11' vorgesehen sein können.
Schließlich sind in Fig. 14 und 15 Spannvorrichtungen dargestellt, bei denen die einen Mikroprozessor 12 aufweisenden elektronischen Mittel 13 im vorerwähnten Verbindungsmodul V' mit angeordnet sind.
Der Fig. 14 als Verlängerung dienende Anschlußmodul I' entspricht funktionell dem Modul I. Dieser Anschlußmodul I' ist aber, wie vorerwähnt, sowohl als Zwischenstück als auch als Endstück einsetzbar.

Nicht besonders dargestellt sind sinngemäß kompatible an - oder zwischensetzbare Module, mit denen bspw. bei entsprechend installierter Stellungssensorik alle Winkelstellungen des Spannarmes 6 verarbeitet werden können oder, wenn es sich um Spannvorrichtungen handelt, die außer mit ihrem Druckmittelstellantrieb auch per Handhebel verstellt werden können, also Module, die bei beabsichtigter Handbetätigung dafür sorgen, daß diese auch tatsächlich bewirkt werden kann.

Wie einleitend erwähnt, ist der axial orientierte Anbau der Module am unteren Ende des Stellantriebes 1 (abgesehen vom evtl. notwendigen Dämpfungsmodul IV) nicht zwingend, d.h., die Zuordnung der Module kann auch parallel unmittelbar neben dem Stellantrieb erfolgen , wie dies bspw. in Fig. 16 verdeutlicht ist. Für eine solche Zuordnung ist wesentlich, daß parallel zur Achse 1' des Stellantriebes 1 ebenfalls funtional verschiedene, zueinander kompatible Anschlußmodule angeordnet sind, wobei die Schnittstelle 9 für die Druckmittelanschlüsse des Stellantriebes 1 zur Modulanordnungsseite hin orientiert angeordnet ist.

Sofern nicht ein Druckmittelführungskanal 10', wie vorerläutert, für die Spannarmrückstellung vorgesehen ist, d.h., der Druckmittelanschluß für die Spannarm- bzw. Kolbenrückstellung sich am oberen Abschluß 20 des Stellantriebes 1 befindet, ist ein Adapter 21 vorgesehen, der entsprechende Druckmittelführungskanäle 10' enthält, die mit dem angesetzten Ventilmodul II' in funktionsgemäßer Verbindung stehen. Zu diesem Ventilmodul II' gehört auch ein Elektromagnetteil II" für die Ventilsteuerung, über dem der Elektronikmodul III' sitzt, der seinerseits, wie bspw. dargestellt, über einen Kabelanschluß 22 mit den Endstellungsabfrageeinrichtungen 7 verbunden ist. Bezüglich dieser Endstellungsabfrageeinrichtung 7, die keiner näheren Erläuterung bedarf, da an sich bekannt, sei darauf hingewiesen, daß es sich dabei auch um Abfrageeinrichtungen handeln kann, mit denen nicht nur die Endstellungen sondern auch alle Zwischenstellungen des Spanarmes 6 abgefragt werden können. Statt des dargestellten Kabelanschlusses 22 kann der Elektronikmodul III' unter Wegfall des Anschlusses 11' der Abfrageeinrichtung 7 auch so ausgebildet sein, daß dieser mit einem Fortsatz 26 direkt mit dem Kopf 4 verbindbar ist (siehe Fig.16A)
Der Elektronikmodul III' ist ferner mit einem Stecker 23 für eine sogenannte BUS-Verbindung versehen und kann auch einen zusätzlichen Stecker 24 aufweisen, um bspw. Werkstücksensoren anschließen zu können, die anzeigen, daß sich ein festzuspannendes Werkstück in Stellung befindet, um festgespannt zu werden. Nicht dargestellt ist am Ventilmodul II' der Anschluß für die Druckmittelzufuhr.
Der untere Abschlußdeckel 25 des Stellantriebes 1 steht natürlich auch hier wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 15 in lösbarere Verbindung mit dem eigentlichen Zylinder des Stellantriebes 1, um diesen, falls erforderlich, gegen einen Dämpfungsmodul im Sinne der Fig.5 austauschen zu können.

Sofern hier und auch in den Ansprüchen von Modulen I bis IV bzw. II',III' die Rede ist, soll dies keine Einschränkung hinsichtlich der tatsächlich anzuordnenden Anzahl von Modulen darstellen.
Im übrigen sei noch abschließend darauf hingewiesen, daß unter "Kompatibilität" der Module zu verstehen ist nicht nur deren mechanische Zusammenfüg- und Fixierbarkeit, sondern auch deren passende Zuordnung von Kanälen und Leitungsführungen.

Claims

Spannvorrichtung zum Festspannen von Werkstücken, bestehend aus einem druckmittelbetriebenen Stellantrieb (1) mit einer Schnittstelle (9) für Druckmittel- und Elektroanschlüsse (2,8), der über ein linear bewegtes Stellglied (3) und über eine im Kopf (4) der Spannvorrichtung angeordnete Stellmechanik (5) mit einem schwenkbar gelagerten Spannarm (6) in Verbindung steht, wobei dem Stellglied (3) eine Positionsabfrageeinrichtung (7) mit elektrischen Positionsabfrageanschlüssen (8) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Kopf (4) abgewandten Seite des Stellantriebes (1) funktional verschiedene, zueinander aber kompatible Anschlußmodule (I bis IV), die quer zur Achse (1') des Stellantriebes orientierte Schnittstelle (9) mindestens für die Druckmittelanschlüsse (2) bildend, wahlweise einzeln oder zu mehreren, hintereinander angeordnet vorgesehen sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmodule als Endstück- und Zwischenstückmodule ausgebildet sind und außerdem ein Verbindungsmodul (V,V') vorgesehen ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsmodul (V,V') am Stellantrieb (1) als Kabelführung für die elektrische Verbindung zwischen der Positionsabfrageeinrichtung (7) und einem der Anschlußmodule (I bis IV) angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsmodul (11,V) elektronische Mittel (13) zum Senden und Empfangen von codierten Informationssignalen angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die im Verbindungsmodul (11,V) angeordneten elektronischen Mittel (13) mit einem außen am Verbindungsmodul (11) angeordneten elektrischen Anschluß (14) verbunden sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Endstückmodul (I) die Druckmittelanschlüsse (2) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der die Druckmittelanschlüsse (2) aufweisende Endstückmodul (III) elektronische Mittel (13) umfaßt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Endstückmodul und dem Stellantrieb (1) mindestens ein in Form ein Zwischenstückes ausgebildeter Modul angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück als Endlagendämpfungsmodul (IV) für den Stellantrieb (1) ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenstückmodul (II) mindestens ein elektrisch gesteuertes Wegeventil (16) zum Öffnen und Schließen der Druckmittelanschlüsse (2) angeordnet ist, wobei dessen elektrische Anschlüsse (17) mit den Abfrageanschlüssen (8) verbunden sind.
Spannvorrichtung zum Festspannen von Werkstücken, bestehend aus einem druckmittelbetriebenen Stellantrieb (1) mit einer Schnittstelle (9) für Druckmittel- und Elektroanschlüsse (2,8), der über ein linear bewegtes Stellglied (3) und über eine im Kopf (4) der Spannvorrichtung angeordnete Stellmechanik (5) mit einem schwenkbar gelagerten Spannarm (6) in Verbindung steht, wobei dem Stellglied (3) eine Positionsabfrageeinrichtung (7) mit elektrischen Positionsabfrageanschlüssen (8) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen parallel zur Achse (1') des Stellantriebes (1) neben diesem funktional unterschiedliche,zueinander aber kompatible Anschlußmodule (II' bis IV') wahlweise einzeln oder zu mehreren angeordnet sind und die Schnittstelle (9) für die Druckmittelanschlüsse (2) des Stellantriebes (1) zur Modulanbauseite hin orientiert angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmodule (II' bis IV') an einem Adapter (21) angeordnet sind, der Druckmittelführungskanäle (10') enthält, die mit Druckmittelanschlüssen (2) im oberen und unteren Abschlußdeckel (20,25) des Stellantriebes (1) in Verbindung stehen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschlußdeckel (25) des Stellantriebes (1) gegen einen als Endstellungsdämpfung (15) ausgebildeten Modul (IV) austauschbar ist.
Spannvorrichtung nach Ansprüchen 4 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (13) einen Mikroprozessor (12) mit umfassen.