EP2602061B1

EP2602061B1 - Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: EP2602061B1
Application number: EP12195548.8A
Authority: EP
Inventors: Sigurd A. Riedmayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: EP2602061A3; EP2602061A2; EP2602060A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung zum Einspannen oder zum Bearbeiten von Werkstücken oder zum Spannen von Drähten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche Betätigungsvorrichtungen sind im Stand der Technik als Spannzylinder oder Stanzwerkzeuge bekannt. Dabei werden Druckkräfte mittels pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Kolben erzeugt, die unmittelbar auf eine Druckstange als Antriebselement einwirken, durch die dann das Werkstück gegen eine Gegenanschlagsfläche gepresst und folglich ortsfest gehalten oder bearbeitet ist. Dies kann beispielsweise der EP 1 264 659 B1 entnommen werden. An das freie Ende der Druckstange ist dabei ein Spanneisen oder ein Stanzwerkzeug angebracht, so dass durch die entstehenden Druckkräfte Haltekräfte oder Verformungen an bzw. in einem Werkstück aus Metall entstehen.
Als nachteilig bei solchen Betätigungsvorrichtungen hat sich gezeigt, dass die Druckkraft, die von den Kolben aufzubringen ist, unmittelbar auf die Druckstange einwirkt und beispielsweise während des Einspannzustandes permanent aufrecht zu erhalten ist.
Des Weiteren ist die vorhandene Druckkraft abhängig von den geometrischen Ausgestaltungen der Kolben und dem eingestellten Druckzustand; je größer demnach die wirkende Kolbenfläche ausgestaltet wird, desto größere Druckkräfte können auf die Druckstange übertragen werden.
Somit sind an die Abdichtungen des Kolbens erhebliche technische Anforderungen zu stellen, denn die von der Pneumatik oder Hydraulik aufgebrachten Druckkräfte sind nach außen abzudichten. Darüber hinaus sind konstruktive Maßnahmen notwendig, um die nach außen geführten Bauteile gegen Schmutzeintritt zu kapseln.
Aus der EP 0962285 B1 ist eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der KFZ-Industrie, zu entnehmen, die ein Gehäuse aufweist, in dem eine Kolbenstange linear verfahrbar gehalten ist. Eines der Enden der Kolbenstangen ist mit einem Kniehebel verbunden; wohingegen das andere gegenüberliegende freie Ende der Kolbenstange in einen Druckraum eingesetzt ist, dessen Volumen veränderbar ist. An den Kniehebel ist ein nicht näher dargestellter Spannarm angebracht, durch den ein Werkstück einzuspannen ist.
Als nachteilig bei dieser Spannvorrichtung hat sich herausgestellt, dass die linearen Betätigungskräfte des Kolbens durch die entsprechende Anlenkung an den Kniehebel in Rotations- bzw. Verschwenkbewegungen des Spannarms umgewandelt sind, so dass dadurch die Spannkräfte entstehen. Da jedoch zwischen der Druckstange und dem einzuspannenden Werkstück die Kniehebelanordnung vorgesehen ist, durch die eine Rotationsbewegung des Spannarmes vorgegeben wird, entstehen Torsionskräfte, durch die die Einspannkräfte vermindert sind. Auch ist es nicht möglich eine Zustellbewegung zum Werkstück parallel, also translatorisch, auszuführen.
Durch die EP 1 524 079 A1 ist eine Antriebseinrichtung für Spannvorrichtungen zur Festlegung von Werkstücken beschrieben, die aus einem Gehäuse besteht, aus dem zur Anschlussseite des Gehäuses hin eine linear verstellbare im Gehäuse gelagerte Schubstange aus diesem herausgeführt ist. Durch das freie Ende der Schubstange soll eine Spannkraft oder eine Bearbeitungskraft übertragen sein. Das gegenüberliegende im Gehäuse angeordnete Ende der Schubstange ist mit einem Hebelarm eines Kniehebels drehbar verbunden. Der Kniehebel umfasst zwei in einem gemeinsamen Knotenpunkt gelenkig gelagerte Hebelarme.
Das freie Ende des zweiten Hebelarms ist drehbar im Gehäuse abgestützt und liegt bezogen auf den Angriffspunkt der Schubstange an einem Werkstück sowohl hinter dem Anlenkungspunkt des ersten Hebelarms als auch hinter dem gemeinsamen Knotenpunkt der beiden Hebelarme des Kniehebels. Zur Kraftübertragung wird der gemeinsame Knotenpunkt des Kniehebels linear verfahren, so dass die beiden Hebelarme des Kniehebels aufgespreizt sind und über den ersten Hebelarm eine Druckkraft auf die Schubstange einwirkt, durch die diese in Richtung des Werkstückes axial zugestellt ist.
Als nachteilig hat sich bei dieser Antriebseinrichtung herausgestellt, dass der Kniehebel ausschließlich als herkömmliches Kraftübertragungsgestänge dient, denn die in den gemeinsamen Knotenpunkt der beiden Hebelarme eingeleitete Spann- oder Zustellkraft wird über den ersten Hebelarm unmittelbar auf die Schubstange übertragen, da das freie Ende des zweiten Hebelarms in dem Gehäuse abgestützt ist und zudem bezogen auf die Krafteinleitung an dem gemeinsamen Knotenpunkt von dem Kraftantriebspunkt der Schubstange am weitesten entfernt angeordnet ist. Folglich dient der Kniehebel ausschließlich als Führungsgestänge um die Kraftübertragung zwischen dem Antriebsmittel auf die Schubstange zu erreichen, ohne dass die vorteilhaften Eigenschaften eines Kniehebels zur Kraftübersetzung in bestimmten Stellungen des Knotenpunktes des Kniehebels optimal ausgenutzt sind.
Aus der WO2006/075983 A1 ist eine Spanneinrichtung zur Halterung, insbesondere von Fahrradrahmen, zu entnehmen. Die Spanneinrichtung besteht dabei aus einem ersten fest an einem Gehäuse angeordneten Anschlag und aus einem zweiten axial zu dem Anschlag beweglichen Gegenanschlag, der an einer Gewindespindel befestigt ist. Die Gewindespindel ragt teilweise in das Gehäuse ein und ist dort derart verrastbar, dass die Gewindespindel zur Schnellzustellung des Gegenanschlages axial in bzw. aus dem Gehäuse herausgezogen oder hineingedrückt werden kann. In dem Gehäuse ist desweiteren ein Kniehebel vorgesehen, der aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Hebelarmen besteht. Das freie Ende des ersten Hebelarmes ist dabei gelenkig mit einer Führungsstange gekoppelt und in dem Gehäuse axial beweglich gelagert. Das freie Ende des zweiten Hebelarmes ist mit einer Verzahnung ausgestattet, die an die Gewindesteigung der Gewindespindel angepasst ist und formschlüssig in diese eingreifen soll, um die Gewindespindel in axialer Richtung festzusetzen. Gegenüberliegend zu dem freien Ende des zweiten Hebelarmes ist eine halbkreisförmige Gewindeplatte in dem Gehäuse eingebaut, die somit fluchtend zu dem freien Ende des zweiten Hebelarmes verläuft und gemeinsam mit diesem ein nahezu vollständig geschlossenes Innengewinde bildet, in das die Gewindestange eingedreht wird, um den Gegenanschlag in Richtung des Anschlages zu bewegen und somit den Fahrradrahmen zwischen den beiden Anschlägen oder Spannbacken einzupressen.
Der gemeinsame Knotenpunkt der beiden Hebelarme ist mit einem Hebel formschlüssig verbunden durch den somit der Spannzustand des Kniehebels gelöst ist. Sobald der Kniehebel, insbesondere das freie Ende des zweiten Hebelarmes, in formschlüssiger Wirkverbindung mit der Gewindespindel gelangt, kann die Gewindespindel ausschließlich durch Verdrehen weiter in Richtung des Gehäuses oder aus diesem bewegt werden. Der Kniehebel dient folglich als Feststellmittel für die Gewindestange und überträgt keine Zustell- oder Spannkräfte, denn diese werden ausschfießlich durch das Eindrehen der Gewindestange erzeugt.
Nachteiligerweise dient der Kniehebel bei der Spanneinrichtung nach diesem Stand der Technik somit ausschließlich dazu, die formschlüssige Wirkverbindung zwischen der Gewindespindel und dem freien Ende des zweiten Hebelarmes zu erreichen, um die Gewindespindel festzusetzen, so dass diese zu verdrehen ist, um eine axiale Bewegung zu erreichen. Durch den Kniehebel wird demnach lediglich eine Feststellkraft in Form eines Gewindes erzeugt. Eine Kraftübertragung zwischen einem Antriebsmittel, beispielsweise dem Hebel, und der Einspannkraft, die durch die Gewindespindel entsteht, liegt bei einer solchen konstruktiven Ausgestaltung des Kniehebels nicht vor. Der Hebel dient ausschließlich dazu, den Spannzustand des Kniehebels aufzuheben, um dadurch die Gewindespindel möglichst rasch aus dem Gehäuse herausziehen zu können, so dass der Fahrradrahmen von den Spannbacken freigegeben ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass die von der Zugstange zu übertragenden Spannkräfte ausschließlich als Zugkräfte auf die Zugstange einwirken und gleichzeitig soll eine zuverlässige und mit einem definierten Kraftverlauf ausgestattete Betätigung der Zugstange vorhanden sein, ohne dass hierfür die Druckkräfte eines Antriebselementes zu verändern sind.
Darüber hinaus soll der Spannzustand beibehalten werden können, ohne dass die Betätigungs- oder Zustellkräfte des Antriebsmittels aufrecht zu erhalten sind.
Diese Aufgaben sind erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass die Anlenkungspunkte der beiden Hebelarme und die Zugstange eine Ebene bilden, entstehen zwischen dem Hebelarm und der Zugstange keinerlei Biegemomente. Vielmehr liegt der Kraftfluss in zwei zueinander parallel ausgerichteten Ebenen, wodurch die Krafterzeugung, die Kraftübertragung und die Krafteinleitung zwischen der Zugstange und dem Werkstück mechanisch definiert berechenbar ist.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn an der Zugstange ein Werkzeug, beispielsweise in Form eines Spanneisens oder in Form eines Stanzwerkzeuges, angebracht ist und wenn die Zugstange rotierbar in dem Gehäuse gelagert ist, denn dadurch kann das Werkzeug sowohl verschwenkbar als auch linear zustellbar in Richtung auf das Werkstück zugestellt werden, so dass zur Bestückung einer Werkzeugmaschine das an der Zugstange angebrachte Werkzeug aus dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine derart entfernt werden kann, dass dieser Bereich frei zugänglich ist.
Dabei ist besonders vorteilhaft, dass das Werkzeug zunächst verschwenkbar in Richtung auf das Werkstück zustellbar ist, ohne dass eine Kraft zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug vorliegt. Erst wenn nämlich ein Wirkkontakt zwischen dem Werk zeug und dem Werkstück entsteht, findet die lineare Zustellung des Werkzeuges in Richtung auf das Werkstück statt, denn in die Zugstange ist eine Betätigungsnut eingearbeitet, die aus zwei Teilbereichen besteht. Der erste Teilbereich verläuft dabei parallel zu der Längsachse der Zugstange und der zweite Teilbereich ist geneigt oder schraubenlinienförmig bezogen auf die Längsachse der Zugstange ausgerichtet. In die Betätigungsnut ragt ein Führungsstift oder eine Kugel ein, der oder die an dem Gehäuse angebracht ist. Durch die Betätigung der Zugstange wird diese zunächst verdreht, denn der Führungsstift bzw. die Kugel ist im Ausgangszustand in den zweiten Teilbereich der Betätigungsnut eingesetzt. Sobald der Führungsstift bzw. die Kugel in den ersten Teilbereich der Betätigungsnut gelangt, entsteht ausschließlich eine axiale oder lineare Bewegung der Zugstange. Der erste Teilbereich der Betätigungsnut kann daher auch als Spann- oder Bearbeitungsweg der Zugstange angesehen werden.
Aufgrund der platzsparenden Ausgestaltung eines Kniehebels, der eine relativ geringe Einbauhöhe einnimmt, können mehrere solcher Kniehebel in dem Gehäuse in unterschiedlich zueinander ausgerichteten Ebenen angeordnet sein, so dass dadurch auch mehrere Zugstangen synchron zueinander betätigbar sind, ohne dass hierfür zusätzliche Antriebselemente vorzusehen sind, denn die seitlich neben der Führungsplatte angeordneten Antriebselemente können eine entsprechend ausgestaltete Führungsplatte derart bewegen, dass in dieser mehrere der Knotenpunkte eines Kniehebels in verschiedenen Ebenen eingesetzt sind, wodurch die Zugstange, die mit jedem Kniehebel individuell verbunden ist, hin und her verfahrbar ist. Mit mehreren in einem Gehäuse verschiebbar gelagerten Zugstangen können entweder mehrere Werkstücke eingespannt bzw. bearbeitet sein, oder aber ein Werkstück, das eine Aussparung aufweist, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung an drei oder mehreren verschiedenen Positionen gehalten sein.
Da die Zugstange und die Anlenkung der beiden Hebelarme an der Zugstange bzw. an dem Gehäuse in einer gemeinsamen Ebene liegen, treten ausschließlich Zugkräfte auf. Somit ist die Zugstange während der Betätigung ausschließlich Zugkräften ausgesetzt, wodurch erreicht ist, dass die Durchgangsöffnung zwischen der Zugstange und dem Gehäuse gegen Schmutzeintritt auf einfache Art und Weise abgedichtet werden kann, denn an der Dichtung liegen nahezu keine auf diese einwirkenden radial nach außen gerichteten Kräfte an.
Mit Hilfe einer in eine Führungsplatte eingearbeiteten Steuernut kann zudem das Übersetzungsverhältnis des Kniehebels derart umgewandelt sein, dass die von dem Kniehebel vorgegebenen Kraftverläufe auf den jeweiligen Bearbeitungsprozess bzw. Anwendungsfall der Betätigungsvorrichtung eingestellt werden können. Der Kniehebel weist nämlich üblicherweise über den Hubweg eine expotentiell verlaufende Kraftkurve auf, die im nahezu aufgespreizten Zustand des Kniehebels bezogen auf den zurückgelegten Hubweg, die größte Steigung besitzt. Ein solcher Kraftverlauf kann jedoch durch die Steuernut verändert werden, so dass der Kniehebel, beispielsweise eine nahezu konstante Kraft während des Einspann- oder Bearbeitungsvorganges auf die Zugstange ausübt. Darüber hinaus kann beispielsweise auch eine Mittelstellung oder Rast in der Steuernut vorgesehen sein, um einen Wantenspanner durch den das Stak an einem Mast eines Segelbootes gehalten ist, teilweise geöffnet werden kann, wodurch die Spannkräfte an der Want verringert sind. Gefordert ist dies im Winterlager des Segelbootes oder während des Segelns als Zugentlastung der sog. Leewant, um neue Einstellungen vornehmen zu können. Eine Kraftanpassung erfolgt dennoch mittels unterschiedlicher Verläufe der Steuernuten in die Führungsplatte, ohne dass die Druckzustände in den Antriebselementen zu verändern sind
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung in vier unterschiedlichen Ausführungsvarianten dargestellt, die nachfolgend näher erläutert sind. Im Einzelnen zeigt:

Figur 1: eine Betätigungsvorrichtung zum Stanzen, Clinchen oder Umformen eines Werkstückes, bestehend aus einem Gehäuse, in dem zwei Kolben eine Führungsplatte linear hin und her bewegen, in der eine Steuernut eingearbeitet ist und aus einem Kniehebel, der zwei Hebelarme aufweist, deren gemeinsamer Knotenpunkt in der Steuernut eingesetzt ist und eine Zugstange, die mit einem der Hebelarme verschwenkbar verbunden ist, im Schnitt und in einer ersten Ausführungsvariante,
Figur 2a: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einem Ausgangszustand, die zum Spannen des Werkstückes eingesetzt ist,
Figur 2b: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 2a in einer Mittelstellung, durch die der erste Wirkkontakt zwischen einem EinspannWerkzeug und dem Werkstück definiert ist,
Figur 3a: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 1, die als Wantenspanner an einem Mast eines Segelbootes eingesetzt ist, in einer daran angepassten zweiten Ausführungsvariante,
Figur 3b: der Wantenspanner gemäß Figur 3a mit zwei gegenläufigen Gewindespindeln,
Figur 4a: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 2a mit drei in dem Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Zugstangen, die jeweils mit einem Kniehebel verbunden sind, der in einer im Querschnitt dreieckförmigen Führungsplatte verschiebbar gelagert ist,
Figur 4b: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 4a, in Draufsicht,
Figur 5a und Figur 5b: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 1, bei der zwischen dem Antriebselement und dem Kurbelelement eine Kraftübertragungsstange als dritte Ausführungsvariante vorgesehen ist und
Figuren 6a bis 6c: die Betätigungsvorrichtung gemäß Figur 1, bei der zwischen dem Antriebselement und dem Hebelarm ein Kurvenelement als fünfte Ausführungsvariante vorgesehen ist.

Figur 1 ist eine Betätigungsvorrichtung 1 zu entnehmen, durch die ein Werkstück 12 mittels eines Stanz-Werkzeuges 13 bearbeitet ist, das an einem Gegenanschlag 34 anliegt.
Die Betätigungsvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2, dessen Längsachse mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet ist. Um eine Betätigungskraft zu erzeugen sind in dem Gehäuse 2 zwei Kolben 5 und 6 vorgesehen, die jeweils mittels einer Steuerung 7 hydraulisch oder pneumatisch mittels Pumpen 9 hin und her bewegbar sind. Die hydraulischen oder pneumatischen Medien werden durch Leitungen 8 gefördert. In Abhängigkeit von der Position der Kolben 5 und 6 wird die Steuerung 7 betätigt, um die Kolben 5 und 6 hin und her zu verfahren. Es ist auch denkbar, den Antrieb mittels lediglich eines Kolbens 5 zu bewerkstelligen.
Die Kolben 5 und 6 können entweder doppelt oder einfach wirken. Als weitere Antriebselemente können manuell betätigbare Spindeln, Hebel oder sonstige Einrichtungen zum Einsatz kommen, durch die Druckkräfte erzeugbar sind.
Des Weiteren ist in dem Gehäuse 2 eine Zugstange 10 axial verschiebbar gelagert; die Längsachse der Zugstange 10 ist mit der Bezugsziffer 10' versehen. Die Zugstange 10 durchgreift ein in einer Stirnseite 4 des Gehäuses 2 eingearbeitete Durchgangsöffnung 11, so dass die Zugstange 10 teilweise nach außen übersteht und an deren freien Ende das Werkzeug 13 angebracht ist.
Die Zugstange 10 ist über einen Kniehebel 21 trieblich mit den beiden Kolben 5 und 6 verbunden. Der Kniehebel 21 besteht aus zwei gelenkig miteinander fixierten Hebelarmen 22 und 23, deren gemeinsamer Knotenpunkt mit der Bezugsziffer 24 gekennzeichnet ist.
Der erste Hebelarm 22 ist dabei drehbar an der Zugstange 10 und der zweite Hebelarm 23 drehbar an dem Gehäuse 2 angelenkt. Die Anlenkungspunkte zwischen dem jeweiligen Hebelarm 22 bzw. 23 sind mit den Bezugsziffern 25 bzw. 24 versehen. Die Anlenkungspunkte 25 und 26 liegen dabei in der Ebene der Zentrumsachse der Durchgangsöffnung 11. jeweiligen Hebelarm 22 bzw. 23 sind mit den Bezugsziffern 25 bzw. 26 versehen. Die Anlenkungspunkte 25 und 26 liegen dabei in der Ebene der Zentrumsachse der Durchgangsöffnung 11.
Der Knotenpunkt 24 des Kniehebels 21 ist in einer in einer Führungsplatte 15 eingearbeiteten Steuernut 16 eingesetzt. Die beiden Kolben 5 und / oder 6 sind formschlüssig bei doppelwirkendem Zylinder und Kraftschlüssig bei einfach wirkendem Zylinder mit der Führungsplatte 15 verbunden, so dass durch die Bewegungen der Kolben 5 und /oder 6 die Führungsplatte 15 linear hin und her bewegt ist. Die Kolben 5 und 6 sind dabei fluchtend zueinander auf einer parallel zu der Längsachse 10' der Zugstange 10 verlaufenden Achse angeordnet, so dass die Krafteinleitung auf die Führungsplatte 15 parallel zu der Längsachse in der Zugstange 10 erfolgt.
Die Kontur der Steuernut 16 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel wellenförmig ausgestaltet und bezogen auf die Längsachse 15' der Führungsplatte 15 geneigt ausgerichtet. Jede beliebige Innenkontur ist wahlweise einsetzbar, und zwar in Abhängigkeit von dem gewünschten Übersetzungsverhältnis zur Kraftübertragung zwischen dem Kniehebel 21 und der Zugstange 10.
Wenn nunmehr die Führungsplatte 15 durch den Kolben 5 nach links bewegt ist, wird der Knotenpunkt 24 aufgrund der Kontur der Steuernut 16 derart betätigt, dass die beiden Hebelarme 22 und 23 aufgespreizt werden, und zwar so lange, bis diese eine nahezu 180°-Stellung, also eine gemeinsamen Achse bildend, erreicht haben. Da der zweite Hebelarm 23 an dem Gehäuse 2 abgestützt ist, bewegt sich der Anlenkungspunkt 25 des ersten Hebelarmes 22 nach rechts. Gegebenenfalls ist das Gehäuse 2 mit einem derart groß zu bemessenen Bauraum zu versehen, dass dadurch die lineare Bewegung der Zugstange 10 nicht behindert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zugstange 10 auch im Bereich des Anlenkungspunktes 25 aus einer in das Gehäuse 2 eingearbeiteten Öffnung nach außen geführt.
Da auf der gegenüberliegenden Stirnseite 4 des Gehäuses 2 die Zugstange 10 aus dem Gehäuse 2 hinaus ragt und an deren freien Ende das Stanz-Werkzeug 13 angebracht ist, wird dieses in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück 12 zugestellt. Es erfolgt demnach eine lineare Zustellbewegung, die ausschließlich Zugkräfte aufweist.
Um nach der Bearbeitung des Werkstückes 12 eine Rückstellung zu erreichen, wird der Kolben 6 betätigt und drückt demnach auf die Führungsplatte 15; der Kolben 5 wird freigegeben, so dass ohne Gegenkraft die Führungsplatte 15 nach rechts verschoben wird, so dass der Knotenpunkt 24 aus der aufgespreizten Stellung entlang der Innenkontur der Steuernut 16 angehoben ist, wodurch die Zugstange 10 von dem Werkstück 12 wegbewegt ist.
In den Figuren 2a und 2b ist die Betätigungsvorrichtung 1 als Halte- oder Spannvorrichtung eingesetzt. Zu diesem Zweck ist an der Zugstange 10 ein Spann-Werkzeug 13 in Form eines Spanneisens angebracht, durch das das Werkstück 12 an der Gegenanschlag 34 eingespannt ist. Mit der Bezugsziffer 35 ist die Spannfläche des Werkstückes 13 gekennzeichnet.
Um die Entnahme bzw. die Bestückung einer Werkzeugmaschine, die eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 1 aufweist, mittels z.B. Robotern, zu vergrößern, ist nicht nur eine lineare sondern auch eine rotatorische Zustellung des SpannWerkzeuges 13-vorgesehen.
Um eine solche Rotation des Werkzeuges 13 bzw. der Zugstange 10 zu ermöglichen, ist in diese eine Betätigungsnut 18 eingearbeitet, die aus einem ersten und einem zweiten Teilbereich 19 bzw. 20 besteht. Der erste Teilbereich 19 verläuft dabei parallel zu der Längsachse 10' der Zugstange 10 und der zweite Teilbereich 20 knickt schräg verlaufend von dem ersten Teilbereich 19 ab. Der zweite Teilbereich 20 kann auch schraubenlinienförmig geneigt ausgestaltet sein. Um die Rotation zu bewerkstelligen ist in dem Gehäuse 2 ein Führungsstift oder eine Kugel 32 vorgesehen, dessen freies Ende in die Betätigungsnut 18 eingreift.
Wenn nunmehr die Führungsplatte 15 aus der in der Figur 2a gezeigten Ausgangsposition bewegt ist, wird die Zugstange 10 durch den Führungsstift oder Kugel 32 und die schräge Anordnung des zweiten Teilbereiches 20 der Betätigungsnut 18 um die eigene Längsachse 10' gedreht, so dass das Werkzeug 13 in Richtung auf das einzuspannende Werkstück 12 verschwenkbar zugestellt ist. Sobald der Führungsstift oder Kugel 32 in den linearen Teilbereich 19 der Betätigungsnut 18 eintaucht, erfolgt keine Verdrehung der Zugstange 10, sondern es liegt ausschließlich eine lineare bzw. axiale Zustellung der Zugstange 10 in Richtung auf das einzuspannende Werkstück 12 vor. Das Werkstück 12 wird demnach zwischen einer Spannfläche 35 des Werkzeuges 13 und dem Gegenanschlag-34 verspannt.
Um die Rotation der Zugstange 10 freizugeben, ist in diese eine umlaufende Nut 30 eingearbeitet. Eine auf die Zugstange 10 aufgesetzte Hülse 29 weist einen Keil 31, Klotz oder dergleichen auf, der im montierten Zustand in die Nut 30 eingesetzt ist. Folglich ist die Rotation der Zugstange 10 um die eigene Längsachse 10' nicht blockiert, denn eine Rotationsbewegung zwischen der Zugstange 10 und der an dem ersten Hebelarm 22 abgestützten Hülse 29 kann erfolgen. Es ist auch denkbar, die Hülse 29 zwischen einen Seegerring 28 und einem an der Zugstange 10 angeformten Anschlagsbund 27 einzuspannen, so dass diese in axialer Richtung gehalten ist. Der Anschlagspunkt 25 dient folglich als radiale Halterung für die Hülse 29, die mit diesem drehfest verbunden ist. Somit kann eine Relativbewegung, nämlich eine Rotation, zwischen der Hülse 29 und der Zugstange 10 entstehen.
Des weiteren ist aus dieser Ansicht erkennbar, dass die auftretenden und von dem ersten Hebelarm 22 übertragenen Kräfte an der Zugstange 10 an dem Anschlagsbund 27 abgestützt sind, an dem die Hülse 29 anliegt.
Figur 3a zeigt die Anwendung der Betätigungsvorrichtung 1 als Wantenspanner an einem Stak oder Draht 41 für ein Segelbootmast. Die Betätigungsvorrichtung 1 ist demnach zwischen einem schematisch dargestellten Bootskörper und der Want eingebaut. Die Öffnung und Schließung der Betätigungsvorrichtung 1 erfolgt manuell über einen Hebel 37, der z.B. exzentrisch mit der Führungsplatte 15 verbunden ist. Es ist aber auch eine direkte Kraftanlenkung der Hebel an dem Knotenpunkt 24 des Kniehebels 21 denkbar.
Darüber hinaus weist die Steuernut 16 eine Zwischenstellung 17 auf, in der der Knotenpunkt 24 ortsfest gehalten ist, solange der Hebel 37 nicht betätigt wird. Folglich können dadurch die in der Want herrschenden Zugkräfte reduziert werden, um die Spannungen zwischen dem Mast und dem Bootskörper zu verringern. Gefordert ist dies im Winterlager des Segelbootes oder während des Segelns als Zugentlastung der sog. Leewant, um neue Einstellungen vornehmen zu können.
Sind an dem Mast Druckkräfte, die durch das Segel entstehen an der Want abzustützen, dann kann auf einfache und schnelle Art und Weise der Hebel 37 geschlossen werden, so dass der Knotenpunkt 24 aus der Zwischenstellung 17 in eine End- oder in eine Ausgangsstellung überführt ist, wodurch entweder die Want vollständig gespannt oder entlastet ist.
Aus Figur 3b ist ersichtlich, dass die Betätigungsvorrichtung 1 aus zwei Gewindespindeln 36 und 38 besteht, die ein gegenläufiges Außengewinde 36' und 38' aufweisen. Die beiden Gewindespindeln 36 und 38 können auf oder in die Zugstange 10 eingedreht bzw. herausgedreht werden, um die Länge der Zugstange 10 einzustellen. Solange nämlich der Hebel 37 als Antriebsmittel geöffnet ist, kann die jeweilige Gewindespindel 36 oder 38 relativ zu dem Gehäuse 2 axial bewegt werden, so dass dadurch der Abstand der Want bzw. des Drahtes 41 zu dem Bootskörper einstellbar ist. Folglich kann durch die axiale Relativbewegung der jeweiligen Gewindespindel 36 bzw. 38 die Spannung des Drahtes 41 vorgegeben werden, um anschließend durch das Umlegen des Hebels 37 den Draht 41 mit der Zugkraft zu belasten, die erforderlich ist, um ein Rigg eines Segelbootes optimal abzustützen. Die Betätigungsvorrichtung 1 der Figuren 3a und 3b kann auch zum Spannen von Drähten an Zäunen oder anderen aus einem Draht 41 aufgebauten Anordnungen verwendet werden.
In den Figuren 4a und 4b ist die Betätigungsvorrichtung 1 in der Gestalt umkonstruiert, dass drei Zugstangen 10 im Inneren des Gehäuses 2 parallel zueinander und axial verschiebbar gelagert sind. Durch jede der Zugstangen 10 wird ein Werkzeug 13, insbesondere zum Spannen des Werkstückes 12, betätigt. Jede Zugstange 10 ist dabei über den einen Kniehebel 21 mit der Führungsplatte 15 verbunden, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine dreieckförmige Querschnittskontur aufweist. In jede Fläche der Führungsplatte 15 ist eine der Steuernuten 16 eingearbeitet, in die jeweils einer der Knotenpunkte 24 des Kniehebels 21 eingesetzt ist. Die beiden Kolben 5 und 6 sind gegenüberliegend zueinander trieblich mit der Führungsplatte 15 verbun-Je nach Anwendungsfall kann die Zugstange 10 einen runden, mehreckigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
In den Figuren 5a, 5b und 6c ist gezeigt, dass zwischen der Exzenterscheibe 40 und dem Hebelarm 22 ein weiterer Hebelarm 43 angeordnet ist, der sowohl drehbar mit der Exzenterscheibe 40 als auch mit dem Hebelarm 22 gekoppelt ist. Der Knotenpunkt 24 wird dabei von den beiden Hebelarmen 22 und 43 gebildet.
Durch den zusätzlichen Hebelarm 43 wird in Abhängigkeit von dessen Länge und Anbringung an der Exzenterscheibe 40 eine zusätzliche Übersetzungsmöglichkeit bereitgestellt.
Den Figuren 5a, b und 5c ist zu entnehmen, dass das Antriebsmittel 45 mit einem Kurvenelement 39 trieblich verbunden ist. Das Kurvenelement 39 besteht im Wesentlichen aus einer Scheibe 39, in die die Steuernut 16 eingearbeitet ist. In der Steuernut 16 ist ein Bolzen 24' eingesetzt, der demnach den Knotenpunkt 24 bildet und trieblich mit dem Hebelarm 22 verschwenkbar gekoppelt ist. Der Hebelarm 22 wird an dem dem Knotenpunkt 24 gegenüberliegenden Ende mittels eines Teller-Federpaketes 44 abgestützt. Das Teller-Federpaket 44 dient hierbei als Ausgleich bei unterschiedlichen Werkstückhöhen, so dass der Hebelarm 22 vollständig aufgespreizt werden kann und sogar über den Totpunkt hinaus bewegbar ist zur Erzeugung der Selbsthemmung im Spannzustand. Durch das Teller-Federpaket 44 ist demnach erreicht, dass der Hebelarm 22, insbesondere wenn dieser an dem Kniehebel 21 angebracht ist, eine zusätzliche Wegstrecke zurücklegen kann, so dass der Hebelarm 22 in die gewünschte Position bewegbar ist, ohne dass die geometrischen Verhältnisse zwischen dem Knotenpunkt 24, dem Hebelarm 22 und der Zugstange 10 bei geringfügig veränderten Einspanngeometrien zu verändern sind.
Allen Ausführungsvarianten der Figuren 1 bis 7c ist gemeinsam, dass der Knotenpunkt 24 zwischen der Durchgangsöffnung 11 der Zugstange 10 aus dem Gehäuse 2 und dem Anlenkungspunkt 25 des Hebelarmes 22 an der Zugstange 10 angeordnet ist. Diese konstruktive Ausgestaltung des Kraft- und Übertragungsmittels zwischen dem maschinell oder manuell betätigbaren Antriebsmittel 5, 6, 37 oder 45 und der Zugstange 10 bewirkt, dass diese im Spannzustand ausschließlich mit Zugkräften beaufschlagt ist und dass die jeweilige Ausgestaltung der Kraft-Übertragungsmittel 21, 39 und 40 auf die Zugstange 10 ausschließlich Zugkräfte überträgt.
Da die Übertragungsmittel 21, 39 oder 40 an dem Hebelarm 22 gebildet sind, kann dieser derart parallel zu der Zugstange 10 bewegt werden, dass eine Selbsthemmung entsteht, so dass durch die jeweiligen Antriebsmittel 5, 6, 37 oder 45 keine permanente Spannkraft aufzubringen ist.

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) zum Einspannen oder zum Bearbeiten von Werkstücken (12) oder zum Spannen von Drähten (41), bestehend aus einem Gehäuse (2),
- aus mindestens einer in dem Gehäuse (2) axial beweglich gelagerten Zugstange (10), durch die das Werkstück (12) gegen einen Anschlag (34) gedrückt oder der Draht (41) gespannt ist und

- aus mindestens einem Antriebselement (5, 6, 37, 45), das eine translatorische oder rotatorische Bewegung ausübt und das mit der Zugstange (10) in trieblicher Wirkverbindung steht.
wobei zwischen der Zugstange (10) und dem Antriebselement (5, 6, 37, 45) ein Kniehebel (21) vorgesehen ist,
wobei der Kniehebel (21), zwei Hebelarme (22, 23) aufweist, die mittels eines Knotenpunktes (24) gelenkig an einem Kurvenelement (39) oder an einer Exzenterscheibe (40) angelenkt sind
und der Knotenpunkt (24) mit dem Antriebselement (5, 6, 37, 45) unmittelbar oder über Zwischenglieder (15 und 16, oder 43) gekoppelt ist,
wobei einer der beiden Hebelarme (22) gegenüberliegend zu dem Knotenpunkt (24) an der Zugstange (10) drehbar in einem ersten Anlenkungspunkt (25) gelagert ist und der zweite der beiden Hebelarme (23) verschwenkbar an dem Gehäuse (2) an einem zweiten Anlenkungspunkt (26) angelenkt ist,
wobei in eine der Stirnseiten (4) des Gehäuses (2), die dem zweiten Anlenkungspunkt (26) des Hebelarmes (23) zugeordnet ist, eine Durchgangsöffnung (11) eingearbeitet ist, durch die die Zugstange (10) nach außen geführt ist und
wobei der Knotenpunkt (24) räumlich zwischen dem ersten Anlenkungspunkt (25) und der Durchgangsöffnung (11) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlenkungspunke (25, 26) der beiden Hebelarme (22, 23) und die Zugstange (10) eine Ebene bilden.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Knotenpunkt (24) des Kniehebels (21) in einer in einer Führungsplatte (15) eingearbeiteten Steuernut (16) eingesetzt ist und dass die Führungsplatte (15) trieblich mit dem jeweiligen Antriebselement (5, 6) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuernut (16) bezogen auf die Längsachse (15') der Führungsplatte (15) linear geneigte und/oder wellenförmig ausgestaltete Konturen aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuernut (16), vorzugsweise im mittleren Bereich der Führungsplatte (15), eine Zwischen- oder Raststellung (17) aufweist, die parallel oder senkrecht zu der Längsachse (15') der Führungsplatte (15) verläuft.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Antriebsmittel zwei Kolben (5, 6) oder ein manuell betätigbarer Hebel (37) oder eine Spindel (38) vorgesehen sind, die seitlich versetzt zu dem Knotenpunkt (24) des Kniehebels (21) oder exzentrisch zu diesem angeordnet sind und parallel, orthogonal oder fluchtend zu der Längsachse (3) des Gehäuses (2) verlaufen.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Kolben (5, 6) unmittelbar auf die Führungsplatte (15) einwirken und mit dieser form- oder kraftschlüssig verbunden sind, und dass die Kolben (5, 6) als einfach oder doppelt wirkende Zylinder ausgestaltet sind.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Zugstange (10) eine Betätigungsnut (18) eingearbeitet ist, die aus zwei Teilbereichen (19, 20) besteht, und dass der erste Teilbereich (19) der Betätigungsnut (18) parallel zu der Längsachse (10') der Zugstange (10) und der zweite Teilbereich (20) der Betätigungsnut (18) linear oder schraubenlinienförmig geneigt zu der Längsachse (10') der Zugstange (10) ausgerichtet ist, und dass in die Betätigungsnut (18) ein an dem Gehäuse (2) abgestützter Führungsstift oder Kugel (32) eingreift.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verschwenkwinkel eines Werkzeugs (13) bzw. der Zugstange (10) bis zu 120° beträgt und dass der Verschwenkwinkel variabel einstellbar ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hebelarm (22) mit der Zugstange (10) mittels einer Hülse (29) drehbar gekoppelt ist und dass die Hülse (29) zwischen einem Seegerring und einem an einer Zylinderstange (19) angeformten Anschlagsbund (27) in Längsrichtung (10') der Zugstange (10) abgestützt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem freien Ende des Hebelarms (22) und der Innenwand des Gehäuses (2) ein Teller-Federpaket (44) vorgesehen ist, durch das der Hebelarm (22) unter Vorspannung steht, und dass das Teller-Federpaket (44) als Ausgleich und/oder als zusätzlicher Bewegungsraum für den Hebelarm (22) dient.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Gehäuse (2) zwei, drei oder mehrere Zugstangen (10) axial bewegbar gelagert sind und dass zwei oder mehrere Kniehelbel (21) im Gehäuse (2) derart angeordnet sind, dass jede der Zugstangen (10) mit einem der Kniehebel (21) trieblich gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwei, drei oder mehr Kniehebel (21) mit deren jeweiligen Knotenpunkt (24) in einer parallelen oder dreieckigen oder mehreckigen Führungsplatte (15) eingesetzt sind und dass die Führungsplatte (15) mittels der beiden seitlich angebrachten Kolben (5, 6) linear beweglich verfahrbar ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Zugstange (10) ein Anschlagsbund (27) angeformt ist und dass der erste Hebelarm (22) des Kniehebels (21) während des Spann- oder Bearbeitungsvorganges mittels einer Hülse (29) an dem Anschlagsbund (27) anliegt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zugstange (10) im Querschnitt rund, mehreckig, prismisch oder elliptisch ausgestaltet ist und dass die derart geformte Zugstange (10) mit Hilfe deren Außenkontur axial geführt in dem Gehäuse (2) gelagert ist.