Bauteilspanner

Abstract

 Der Bauteilspanner (1) weist eine verlagerbare Spannstange (16), einen aus seiner Spannstellung (ST) in eine Bereitschaftsposition (BP) und umgekehrt schwenkbaren Spannarm (4), einen mit dem Spannarm (4) über eine Schwenkwelle (7) verbundenen Hebel (11) und eine sowohl mit dem Hebel (11) als auch mit der Spannstange (16) drehbeweglich gekoppelte Lasche (13) auf. Das Koppelgelenk (14) zwischen der Lasche (13) und der Spannstange (16) ist an wenigstens einer Laufrolle (17) abgestützt, die an einer Zwangsführung (18) abwälzt. Diese besitzt einen dem Schwenkwinkel (α) des Spannarms (4) entsprechenden Längenabschnitt (22), der geradlinig parallel zur Längsachse (27) der Spannstange (16) verläuft. Außerdem ist sie mit einem zum Koppelgelenk (12) zwischen Hebel (11) und Lasche (13) in dessen Totpunkt konkaven Endabschnitt (23) versehen. Dieser beginnt vor der durch das sich im Totpunkt befindende Koppelgelenk (12) verlaufenden Ebene (E-E) und endet hinter dieser.

Beschreibung

[0001] Bauteilspanner werden in den verschiedensten technischen Bereichen zur momentanen Fixierung von Werkstücken eingesetzt. Sie müssen schnell und zuverlässig arbeiten sowie über lange Einsatzzeiträume wartungsfrei vielfache Lastwechsel gewährleisten.

[0002] In diesem Zusammenhang zählt durch die DE 35 28 337 C2 ein Bauteilspanner zum Stand der Technik, bei welchem eine Spannstange Bestandteil eines durch ein Druckfluid, wie Luft oder Hydraulikflüssigkeit, beaufschlagbaren und in einem Zylinder axial verlagerbaren Kolbens bildet. Das dem Kolben abgewandte Ende der Spannstange ist mit einem Bolzen verbunden, der zwei Rollenpaare trägt. Die Rollen des äußeren Rollenpaars laufen in geraden Schlitzen, die sich parallel zur Längsachse der Spannstange erstrecken. Die Rollen des inneren Rollenpaars laufen in bogenförmigen Schlitzen eines um eine Achse schwenkbaren Spannarms.

[0003] Auch der Führungsschlitz kann ggf. bogenförmig gekrümmt sein.

[0004] Mit dieser Gestaltung sollen unkontrollierbar hohe Einspannkräfte bei Selbsthemmung in der Endlage vermieden werden. Diese Bauart verlangt jedoch eine komplizierte Mechanik mit demzufolge aufwendiger Fertigung. Der Bauteilspanner baut durch den Führungsschlitz breit. Aufgrund der direkten Hebelübersetzung ist ein langer Kolbenweg und damit eine entsprechend langgestreckte Bauform zwangsläufig gegeben. Das Kniehebelprinzip wird hierbei in abgewandelter Form angewandt.

[0005] Um bei einem Bauteilspanner nach dem Kniehebelprinzip in die Selbsthaltung zu kommen, ist es notwendig, mit einer Bestandteil der Kniehebelanordnung bildenden Lasche über den oberen Totpunkt zu fahren. Dabei steigt die Kraft in der Lasche theoretisch bis ins Unendliche. In der Praxis wird die Kraft durch elastische Verformungen im gesamten System begrenzt. Dies bedeutet jedoch Verschleiß. Weiterhin kann nicht sichergestellt werden, daß der Spannarm bei hohen Spannkräften auch tatsächlich über den Totpunkt geschwenkt wird. Die maximale Spannkraft wird durch die zur Verfügung stehende Energie, insbesondere Druckluft, bestimmt. Ist diese in einem Druckluftzylinder herrschende Zylinderkraft nicht groß genug, um die erforderlichen Spannkräfte am Spannarm aufzubringen, fährt die Lasche nicht über den Totpunkt und somit auch nicht in die Selbsthaltung.

[0006] Die DE 31 30 942 A1 offenbart einen Bauteilspanner nach dem Kniehebelprinzip. An das freie Ende einer mit einem druckmittelbeaufschlagten Kolben verbundenen Kolbenstange ist eine federnd nachgiebig gestaltete Lasche angelenkt, die außerdem mit einem starren Kniehebel verbunden ist, der in 90° Versetzung mit einem Spannarm gekoppelt ist.

[0007] Die Lasche ist so gestaltet, daß der Abstand der Koppelgelenke mit der Kolbenstange und dem Hebel veränderbar ist.

[0008] Durch die federnde Lasche sollen unendlich große Spannkräfte vermieden werden. Hiermit kann indessen nur die Spannkraft begrenzt, jedoch keine Selbsthemmung erreicht werden. Außerdem dürfte die Dauerfestigkeit und Haltbarkeit der Lasche problematisch sein. Ihre Fertigung ist zudem aufwendig. Darüberhinaus ist die Kraftbegrenzung von der Federkonstante sowie dem Federweg abhängig.

[0009] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Bauteilspanner zu schaffen, der bei einfacher Ausgestaltung unter Benutzung des Kniehebelprinzips eine Begrenzung des Kraftanstiegs erlaubt und es trotzdem gewährleistet, daß in der Spannposition auch bei Ausfall der Spannenergie die Spannposition durch Selbsthemmung gewährleistet ist.

[0010] Die Lösung dieser Aufgabe wird in den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gesehen.

[0011] Kernpunkt der Erfindung bildet der Sachverhalt, daß die Zwangsführung für mindestens eine endseitig der Spannstange angeordnete Laufrolle mit einem zum Koppelgelenk zwischen Hebel und Lasche in dessen Totpunkt konkaven Endabschnitt versehen ist. Dieser konkave Endabschnitt beginnt kurz vor der Ebene, die sich durch das Koppelgelenk zwischen dem Hebel und der Lasche erstreckt, wenn sich dieses Koppelgelenk in dem durch die Spannstellung des Spannarms bestimmten Totpunkt befindet, und endet hinter dieser Ebene.

[0012] Erreicht das Koppelgelenk zwischen der Lasche und der Spannstange den Anfang des konkaven Endabschnitts vor dieser Ebene, befindet sich der Spannarm in der Spannstellung. Die maximale Spannkraft ist aufgebaut. Es findet kein weiterer Kraftanstieg statt. Durch die an der Spannstange weiter anstehende Spannkraft wird jedoch das Koppelgelenk zwischen Lasche und Spannstange über die Ebene hinweg bewegt, bis dieses Koppelgelenk das hinter der Ebene liegende Ende des konkaven Endabschnitts erreicht hat. Bei dieser Bewegung bleibt die maximale Spannkraft stets erhalten. Hinter der Ebene liegt die Lasche im Selbsthemmungsbereich. Fällt in dieser Position die Spannenergie weg, bleibt jedoch die vollständige Spannkraft ohne Verlust erhalten.

[0013] Der besondere Vorteil der Erfindung ist mithin die Sicherstellung der Kraftbegrenzung auf einfache Weise durch den konkaven Endabschnitt. Hierdurch wird eine einwandfreie Selbsthemmung nach dem Überfahren des Totpunkts gewährleistet. Der Bauteilspanner hat auch eine sehr kompakte Bauweise, da durch die erfindungsgemäße Wegübersetzung zwischen dem Hebel und der Lasche nur ein geringer Hub der Spannstange erforderlich ist.

[0014] Die Erfindung erlaubt es außerdem, den Schwenkwinkel des Spannarms zwischen der Bereitschaftsposition und der Spannstellung beliebig einrichten zu können. Lediglich durch den Einsatz von hubbegrenzenden Stücken oder durch den Austausch der Spannstange können Öffnungswinkel von insbesondere 45°, 60°, 90° und 115° bis zu einem maximalen Öffnungswinkel von 135° vorgesehen werden. Desweiteren kann dem Bauteilspanner problemlos eine integrierte Stellungsabfrage zugeordnet werden.

[0015] Das Gehäuse zur Lagerung von Spannarm, Hebel, Lasche und Spannstange ist ferner so ausgebildet, daß ein mit dem Spannarm zusammenarbeitendes Widerlager zur Lagefixierung der zu bearbeitenden Werkstücke dem Gehäuse lösbar zugeordnet werden kann.

[0016] Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 2. Danach erstreckt sich der konkave Endabschnitt der Zwangsführung über eine Länge, die einem die Ebene durch das Koppelgelenk zwischen dem Hebel und der Lasche im Totpunkt übergreifenden Schwenkwinkel der Lasche von 6° bis 10°, vorzugsweise aber 8°, entspricht. Dadurch ist mit 4° über der Ebene die Selbsthemmung der Lasche gewährleistet.

[0017] Der konkave Endabschnitt ist nach Anspruch 3 vorzugsweise kreisbogenförmig gekrümmt. Er besitzt einen Radius, welcher der Länge der Lasche zwischen den Koppelgelenken zuzüglich dem Radius der Laufrolle entspricht.

[0018] Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 sind die Zwangsführung, der Hebel, die Lasche und die Laufrolle in einem mit der Führung für die Spannstange verbindbaren zweiteiligen Gehäuse angeordnet. Auf diese Art und Weise sind diese Teile gegen äußere Einflüsse auch in einem rauhen Betrieb gut geschützt. Die Zweiteiligkeit des Gehäuses erlaubt eine einfache Fertigung sowie eine problemlose Montage. Die Führung wird insbesondere durch einen Zylinder gebildet, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Spannstange als mit einem druckluftbeaufschlagbaren oder auch mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben verbundene Kolbenstange ausgebildet ist. Die notwendige Auslenkung der Spannstange bei einem Kontakt der Laufrolle mit dem konkaven Endabschnitt wird durch die Dichtungen am Zylinder für die Spannstange aufgefangen.

[0019] Eine gleichmäßige verkantungsfreie Kraftübersetzung von der Spannstange auf den Spannarm wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erzielt.

[0020] Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach Anspruch 6 die Schwenkwelle in den die Gelenkarme tragenden Endabschnitten mehrkantig ausgebildet ist. Hier kann die Schwenkwelle insbesondere vierkantig gestaltet sein. Die Gelenkarme sind dann mit entsprechenden Ausnehmungen und/oder Klemmstücken versehen, über welche die Gelenkarme einwandfrei an der Schwenkwelle festgelegt werden können. Die Schwenkwelle und der Hebel sind vorzugsweise ein Bauteil, der durch Dreh- und Fräsoperationen gefertigt werden kann.

[0021] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Bauteilspanner in schematischer Seitenansicht;

Figur 2

den Bauteilspanner der Figur 1 in der Draufsicht;

Figuren 3 bis 6

in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Längsschnitt durch die Figur 2 entlang der Linie A-A entsprechend dem Ausschnitt B der Figur 1 in vier verschiedenen Betriebsstellungen;

Figuren 7 bis 10

die Darstellungen der Figuren 3 bis 6 im Schema und

Figur 11

in nochmals vergrößertem Maßstab die Darstellung der Figur 9.

[0022] Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein mit Druckluft betriebener Bauteilspanner bezeichnet. Der Bauteilspanner 1 umfaßt einen mit Druckluft beaufschlagbaren Zylinder 2 zur Führung eines nicht näher veranschaulichten Kolbens mit Kolbenstange, ein mit dem Zylinder 2 verbundenes zweiteiliges Gehäuse 3 mit einem darin integrierten nicht näher veranschaulichten Kniehebelsystem zur Übertragung der von der Druckluft auf den Kolben ausgeübten Kraft auf einen schwenkbaren Spannarm 4. Der Spannarm 4 weist in U-förmiger Konfiguration zwei Gelenkarme 5 auf, die über Klemmstücke 6 an einer an den aus dem Gehäuse 3 herausgeführten Enden vierkantig gestalteten Schwenkwelle 7 lösbar befestigt sind. In der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Spannstellung ST verläuft die Längsachse 8 des Spannarms 4 senkrecht zur Längsachse 9 des Zylinders 2. Der Druckluftanschluß des Ringraums 2a ist mit 10 und der des Kolbenraums 2b ist mit 10a bezeichnet.

[0023] Wie die Figuren 3 bis 6 näher zu erkennen geben, ist mit dem Spannarm 4 im Innern des Gehäuses 3 ein starrer Hebel 11 in 90°-Versetzung verbunden. Der Hebel 11 bildet einen einstückigen Bestandteil der Schwenkwelle 7.

[0024] An dem der Schwenkwelle 7 abgewandten Ende ist der Hebel 11 über ein Koppelgelenk 12 mit einer starren Lasche 13 verbunden, die ihrerseits wiederum über ein Koppelgelenk 14 mit dem Ende 15 einer Spannstange 16 verbunden ist (Figur 3). Das Koppelgelenk 14 stützt sich an einer Laufrolle 17 ab, die an einer Zwangsführung 18 im Gehäuse 3 abwälzt. Eine Ausnehmung 19 in den Hälften 20, 21 des Gehäuses 3 ist an die Größe der Schwenkbewegungen des Hebels 11 und der Lasche 13 angepaßt.

[0025] Wie die Figur 11 rein schematisch näher erkennen läßt, setzt sich die Zwangsführung 18 für die Laufrolle 17 aus einem geradlinig verlaufenden Längenabschnitt 22 und einem bogenförmig gekrümmten Endabschnitt 23 zusammen. Die Länge L des geraden Längenabschnitts 22 entspricht der Größe des Schwenkwinkels α des Spannarms 4 zwischen der Bereitschaftsposition BP und der Spannstellung ST. Er verläuft geradlinig parallel zur Längsachse 9 des Zylinders 2. Der Endabschnitt 23 ist zum Koppelgelenk 12 zwischen dem Hebel 11 und der Lasche 13 in dessen Totpunkt (Spannstellung ST von 4) konkav gekrümmt. Er beginnt bei 24 vor der durch das sich im Totpunkt befindende Koppelgelenk 12 verlaufenden, sich zur Längsachse 9 des Zylinders 2 senkrecht erstreckenden Ebene E-E und endet bei 25 hinter dieser Ebene E-E. Seine Bogenlänge L3 entspricht dem Winkel 2β zwischen den Punkten 24 und 25. Der Winkel β zwischen der Ebene E-E und den Punkten 24, 25 des konkaven Endabschnitts 23 beträgt jeweils 4°.

[0026] Der Figur 11 ist ferner zu entnehmen, daß die Länge L1 der Lasche 13 zwischen den Koppelgelenken 12 und 14 größer als der Abstand A zwischen dem Koppelgelenk 12 und der koaxial zur Längsachse 9 des Zylinders 2 verlaufenden Längsachse 27 der Spannstange 18 bemessen ist.

[0027] Die Betriebsweise des Bauteilspanners 1 ist nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 11 näher erläutert.

[0028] In den Figuren 3 und 7 ist die Bereitschaftsposition BP des Spannarms 4 dargestellt. Der Öffnungswinkel α beträgt 135°. Der Bauteilspanner 1 ist vollständig geöffnet. Es steht über den Druckluftanschluß 10 Druckluft im Ringraum 2a des Zylinders 2 an.

[0029] Durch Beaufschlagung des Kolbens 28 im Kolbenraum 2b des Zylinders 2 wird dieser in Längsrichtung des Zylinders 2 bewegt (Figuren 4 und 8). Hierbei wälzt die Laufrolle 17 am Längenabschnitt 22 der Zwangsführung 18 ab. Hat die Laufrolle 17 das in der Zeichnungsebene untere Ende 24 des konkaven Endabschnitts 23 erreicht (Figuren 4 und 8), ist der Spannarm 4 um 135° in die Spannstellung ST verschwenkt worden. Der Öffnungswinkel beträgt 0°. Die maximale Spannkraft ist erreicht.

[0030] Durch weitere Beaufschlagung des Kolbens 28 mit Druckluft über den Druckluftanschluß 10a des Kolbenraums 2b fährt die Spannstange 16 weiter aus und verschwenkt die Lasche 13 um das nunmehr ortsfest fixierte Koppelgelenk 12 zwischen dem Hebel 11 und der Lasche 13 bis in die Ebene E-E, die sich durch das Koppelgelenk 12 erstreckt und senkrecht zur Längsachse 9 des Zylinders 2 verläuft. Hierbei wälzt die Laufrolle 17 am konkaven Endabschnitt 23 ab, ohne daß die bereits erreichte Spannkraft erhöht wird (Figuren 5, 9 und 11).

[0031] Durch Fortsetzung der Beaufschlagung des Kolbens 28 mit Druckluft wird die Lasche 13 gemäß den Figuren 6 und 10 auch über diese Ebene E-E hinaus weiterverlagert, bis daß die Laufrolle 17 das obere Ende 25 des konkaven Endabschnitts 23 erreicht hat.

[0032] Fällt nunmehr Druckluft ab, so würde die vollständige Spannkraft erhalten bleiben, da die Lasche 13 mit 4° über der Ebene E-E liegt und sich damit im Bereich der Selbsthemmung befindet.

Bezugszeichenaufstellung

[0033] 

1 -

Bauteilspanner

2 -

Zylinder

2a -

Ringraum v. 2

2b -

Kolbenraum v. 2

3 -

Gehäuse

4 -

Spannarm

5 -

Gelenkarme v. 4

6 -

Klemmstücke

7 -

Schwenkwelle

8 -

Längsachse v. 4

9 -

Längsachse v. 2

10 -

Druckluftanschluß

10a -

Druckluftanschluß

11 -

Hebel

12 -

Koppelgelenk f. 11 u. 13

13 -

Lasche

14 -

Koppelgelenk zw. 13 u. 15

15 -

Ende v. 16

16 -

Spannstange

17 -

Laufrolle

18 -

Zwangsführung

19 -

Ausnehmung in 20, 21

20 -

Hälfte v. 3

21 -

Hälfte v. 3

22 -

Längenabschnitt v. 18

23 -

Endabschnitt v. 18

24 -

Beginn v, 23

25 -

Ende v. 23

26 -

Achse v. 7

27 -

Längsachse v. 16

28 -

Kolben in 2

A -

Abstand zw. 12 u. 27

BP -

Bereitschaftsposition

E-E-

Ebene durch 12

L -

Länge v. 22

L1 -

Länge v. 13

L2 -

Länge v. 11

L3 -

Bogenlänge v. 23

R -

Radius v. 23

r -

Radius v. 17

ST -

Spannstellung v. 4

α -

Schwenkwinkel v. 4

β -

Winkel zw. E-E u. 24 bzw. 25

Ansprüche

1. Bauteilspanner, der eine durch pneumatische, hydraulische oder elektrische Energie verlagerbare Spannstange (16), einen aus seiner Spannstellung (ST) in eine Bereitschaftsposition (BP) und umgekehrt schwenkbaren Spannarm (4), einen mit dem Spannarm (4) über eine Schwenkwelle (7) drehfest verbundenen starren Hebel (11) und eine sowohl mit dem Hebel (11) als auch mit dem Ende (15) der Spannstange (16) drehbeweglich gekoppelte starre Lasche (13) aufweist, deren Länge (L1) zwischen den Koppelgelenken (12, 14) größer als der Abstand (A) zwischen dem Koppelgelenk (12) der Lasche (13) mit dem Hebel (11) und der Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereitschaftsposition (BP) bemessen ist, wobei das Koppelgelenk (14) zwischen der Lasche (13) und dem Ende (15) der Spannstange (16) an wenigstens einer Laufrolle (17) abgestützt ist, die an einer Zwangsführung (18) abwälzt, welche einen dem Schwenkwinkel (α) des Spannarms (4) zwischen der Bereitschaftsposition (BP) und der Spannstellung (ST) entsprechenden Längenabschnitt (L) besitzt, der geradlinig parallel zur Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereitschaftsposition (BP) verläuft, und welche mit einem zum Koppelgelenk (12) zwischen Hebel (11) und Lasche (13) in dessen Totpunkt konkaven Endabschnitt (23) versehen ist, der vor der durch das sich im Totpunkt befindende Koppelgelenk (12) verlaufenden, sich zur Längsachse (27) der Spannstange (16) in der Bereitschaftsposition (BP) senkrecht erstreckenden Ebene (E-E) beginnt und hinter dieser Ebene (E-E) endet.

2. Bauteilspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der konkave Endabschnitt (23) der Zwangsführung (18) über eine Bogenlänge (L3) erstreckt, die einem die Ebene (E-E) übergreifenden Schwenkwinkel (2β) der Lasche (13) von 6° bis 10°, vorzugsweise 8°, entspricht.

3. Bauteilspanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Endabschnitt (23) einen Radius (R) aufweist, welcher der Länge (L1) der Lasche (13) zwischen den Koppelgelenken (12, 14) zuzüglich des Radius (r) der Laufrolle (17) entspricht.

4. Bauteilspanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung (18), der Hebel (11), die Lasche (13) und die Laufrolle (17) in einem mit der Führung (2) für die Spannstange (16) verbindbaren zweiteiligen Gehäuse (3) angeordnet sind.

5. Bauteilspanner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannarm (4) mit zwei Gelenkarmen (5) das Gehäuse (3) seitlich umfaßt und über die Gelenkarme (5) mit den aus dem Gehäuse (3) herausgeführten Enden der mit dem Hebel (11) einstückig gestalteten Schwenkwelle (7) drehfest verbunden ist.

6. Bauteilspanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle (7) in den die Gelenkarme (5) tragenden Endabschnitten mehrkantig ausgebildet ist.

Zeichnung