Kniehebel-Spannvorrichtung

Abstract

 Es wird eine Kniehebel-Spannvorrichtung vorgeschlagen, die eine nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausgeführte Betätigungseinrichtung (1) aufweist. An der Betätigungseinrichtung (1) ist ein Lagerungskopf (2) vorgesehen, an dem ein Spannarm (3) verschwenkbar gelagert ist, der über einen Kniehebelmechanismus (12) mit einer Betätigungsstange (6) der Betätigungseinrichtung (1) in Wirkverbindung steht. Die Betätigungseinrichtung (1) ist mehrstufig aufgebaut und enthält wenigstens zwei axial hintereinandergeschaltete Betätigungseinheiten (13, 13'), die jeweils einen mit der Betätigungsstange (6) bewegungsgekoppelten fluidbeaufschlagbaren Betätigungskolben (14, 14') aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kniehiebel-Spannvorrichtung, mit einer nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausgeführten Betätigungseinrichtung, die an einer Stirnseite mit einem Lagerungskopf versehen ist, an dem ein Spannarm verschwenkbar gelagert ist, der über einen Kniehebelmechanismus mit einer Betätigungsstange der Betätigungseinrichtung in Wirkverbindung steht.

[0002] Eine derartige Kniehebel-Spannvorrichtung geht beispielsweise aus der EP 0 575 888 B1 hervor. Dort ist eine von einem fluidbetätigten Arbeitszylinder gebildete Betätigungseinrichtungen vorgesehen, an die stirnseitig ein mit einem schwenkbeweglichen Spannarm bestückter Lagerungskopf angesetzt ist. Die Schwenkbewegung des Spannarmes wird unter Vermittlung eines Kniehebelmechanismus durch eine von der Kolbenstange des Arbeitszylinders gebildete Betätigungsstange hervorgerufen, die durch Fluidbeaufschlagung eines mit ihr verbundenen Betätigungskolbens zu einer linearen Ausfahr- oder Einfahrbewegung angetrieben werden kann.

[0003] Eine gewisse Unzulänglichkeit der bekannten Kniehebel-Spannvorrichtung ist darin zu sehen, daß die ausübbare Spannkraft einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten kann, ohne die Querabmessungen der Betätigungseinrichtung und damit die Beaufschlagungsfläche des Betätigungskolbens zu vergrößern. Dies wirkt sich vor allem dann nachteilig aus, wenn ein Werkstück an eng beabstandeten Punkten festgespannt werden soll.

[0004] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kniehebel-Spannvorrichtung zu schaffen, die auch unter beengten Platzverhältnissen noch in der Lage ist, ausreichend hohe Spannkräfte zu entwickeln.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Betätigungseinrichtung mehrstufig aufgebaut ist und wenigstens zwei axial hintereinandergeschaltete Betätigungseinheiten enthält, die jeweils einen mit der Betätigungsstange bewegungsgekoppelten fluidbeaufschlagbaren Betätigungskolben aufweisen.

[0006] Somit läßt sich die vom Betätigungsfluid beaufschlagte Fläche der Betätigungseinrichtung unter Beibehaltung geringer Querabmessungen der Spannvorrichtung problemlos vergrößern. Die Gesamt-Betätigungsfläche wird auf mehrere Betätigungskolben aufgeteilt, die zu axial hintereinander geschalteten Betätigungseinheiten gehören und die mit der die Schwenkbewegung des Spannarmes hervorrufenden Betätigungsstange bewegungsgekoppelt sind. Da größere Längenabmessungen der Spannvorrichtung am Einsatzort in der Regel unproblematisch sind, kann somit eine auf den jeweiligen Anwendungsfall spezifisch angepaßte Auslegung der Betätigungskräfte erfolgen.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0008] Ein besonderer Vorteil ergibt sich im Zusammenhang mit einer den Betätigungseinheiten zugeordneten Steuereinrichtung, die eine individuelle Fluidbeaufschlagung wenigstens zweier Betätigungskolben ermöglicht. Eine derartige Anordnung genügt insbesondere auch hohen Sicherheitsanforderungen, da sie eine kräftemäßig abgestufte Spannbewegung des Spannarmes realisieren läßt. So ist es beispielsweise möglich, zu Beginn der Spannbewegung des Spannarmes und etwa bis zu dessen Erreichen eines zu spannenden Werkstückes nur eine reduzierte Anzahl von Betätigungskolben zu aktivieren, so daß die Betätigungskräfte gering sind und die Verletzungsgefahr in Fällen reduziert ist, in denen eine Person versehentlich in die Schwenkbahn des Spannarmes eingreift. Hat sich der Spannarm ausreichend weit an das zu spannende Werkstück angenähert, können, je nach Ausgestaltung, ein oder mehrere weitere Betätigungskolben zugeschaltet werden, um die zur Aktivierung des Kniehebeleffektes erforderlichen höheren Betätigungskräfte zu erhalten. In diesem Zusammenhang bietet sich insbesondere ein zweistufiger Aufbau der Betätigungseinrichtung an, so daß von einem Tandemantrieb gesprochen werden könnte, wobei zum Spannen anfänglich nur ein Betätigungskolben fluidbeaufschlagt wird und erst zum Ende des Stangenhubes der zweite Betätigungskolben hinzugeschaltet wird.

[0009] Es ist in diesem Zusammenhang desweiteren von Vorteil, wenn die Betätigungskolben während der die Spannbewegung desSpannarmes hervorrufenden Ausfahrbewegung der Betätigungsstange hubabhängig fluidbeaufschlagt werden. Die entsprechenden Signale können beispielsweise durch eine geeignete Sensorik hervorgerufen werden.

[0010] Bei einem vorteilhaften Aufbau der Spannvorrichtung ist sämtlichen Betätigungskolben eine gemeinsame Betätigungsstange zugeordnet, die zumindest diejenige oder diejenigen Betätigungseinheiten durchsetzt, die sich zwischen dem Lagerungskopf und der rückseitigen Betätigungseinheit der Betätigungseinrichtung befinden.

[0011] Um eine einfache Montage zu ermöglichen und auch bei Bedarf die Anzahl der Betätigungseinheiten variieren zu können, empfiehlt sich ein mehrteiliger Aufbau der Betätigungsstange, so daß sie sich aus mehreren koaxial aufeinanderfolgend angeordneten Stangenelementen zusammensetzt.

[0012] Es ist ferner zweckmäßig, wenn jede Betätigungseinheit über eine ein rohrförmiges Mittelteil und stirnseitige Abschlußwände aufweisende Gehäuseeinheit verfügt, so daß insgesamt ein modularer Aufbau möglich ist. Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die an den einander zugewandten Axialseiten zweier benachbarter Betätigungseinheiten vorgesehenen Abschlußwände von einer einzigen gemeinsamen Trennwand gebildet sind, die somit die Abschlußfunktion beider aneinander angrenzender Betätigungseinheiten übernimmt. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der Bauteile und die Baulänge der Betätigungseinrichtung reduzieren.

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Deren einzige Figur zeigt eine im Bereich der Betätigungseinrichtung im Längsschnitt dargestellte Kniehebel-Spannvorrichtung bei in die Freigabestellung verschwenktem Spannarm mit einer zugehörigen Steuereinrichtung zweckmäßigen Aufbaus.

[0014] Die abgebildete Kniehebel-Spannvorrichtung verfügt über eine längliche, nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausgebildete Betätigungseinrichtung 1 und einen an einer axialen Stirnseite an die Betätigungseinrichtung 1 angesetzten und beispielsweise durch Schraubverbindungen festgelegten Lagerungskopf 2.

[0015] An dem Lagerungskopf 2 ist ein schematisch angedeuteter Spannarm 3 um eine Schwenkachse 4 schwenkbeweglich gelagert. Er kann daher zwischen der abgebildeten und eine Freigabestellung definierenden Endstellung und einer nicht näher gezeigten, eine Spannstellung definierenden anderen Endstellung gemäß Doppelpfeil 5 verschwenkt werden.

[0016] Ein üblicher Verwendungszweck der Kniehebel-Spannvorrichtung ist die lösbare Fixierung eines oder mehrerer Werkstücke während eines Fertigungs- oder Montageprozesses. Dabei ist das betreffende Werkstück in der Freigabestellung zu beliebigen Manipulationen freigegeben, während es in der Spannstellung durch den Spannarm 3 festgespannt wird. Die Schwenkbewegung aus der Freigabestellung in die Spannstellung sei nachfolgend als Spannbewegung, die entgegengesetzte Bewegung als Freigabebewegung bezeichnet.

[0017] Die Schwenkbewegung 5 des Spannarmes 3 wird durch eine Betätigungsstange 6 der Betätigungseinrichtung 1 hervorgerufen. Sie ragt stirnseitig aus dem allgemein mit Bezugsziffer 7 bezeichneten Gehäuse der Betätigungseinrichtung 1 heraus und taucht in den Lagerungskopf 2 ein, wobei ihr im Lagerungskopf 2 befindlicher äußerer Endabschnitt 8 über einen Kniehebelmechanismus 12 mit dem Spannarm 3 in Antriebsverbindung steht. Dieser setzt die lineare Hubbewegung der Betätigungsstange 6 in die Schwenkbewegung des Spannarmes 3 um, wobei die Ausfahrbewegung der Betätigungsstange 6 die Spannbewegung des Spannarmes 3 hervorruft, während die einfahrende Betätigungsstange 6 die Freigabebewegung des Spannarmes 3 bewirkt.

[0018] Der Kniehebelmechanismus 12 enthält beim Ausführungsbeispiel einen drehfest mit dem Spannarm 3 verbundenen Schwenkhebel 10, an dem mit radialem Abstand zur Schwenkachse 4 ein Zwischenglied 11 angelenkt ist, das seinerseits mit dem äußeren Endabschnitt 8 der Betätigungsstange 6 in gelenkiger Verbindung steht.

[0019] Die Betätigungseinrichtung 1 ist vorteilhafterweise mehrstufig aufgebaut und setzt sich aus zwei axial hintereinandergeschalteten Betätigungseinheiten 13, 13' zusammen. Jede dieser Betätigungseinheiten 13, 13' enthält einen mit der Betätigungsstange 6 axial bewegungsgekoppelten Betätigungskolben 14, 14', die unter Vermittlung einer in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 15 versehenen Steuereinrichtung individuell mit einem fluidischen und insbesondere einem pneumatischen Druckmedium beaufschlagt werden können, um die lineare Einfahrbewegung oder Ausfahrbewegung der Betätigungsstange 6 hervorzurufen.

[0020] Jede Betätigungseinheit 13, 13' besitzt einen im Innern des Gehäuses 7 angeordneten Aufnahmeraum 16, 16', in dem einer der beiden Betätigungskolben 14, 14' axial verschiebbar untergebracht ist. Dabei wird jeder Aufnahmeraum 16, 16' vom betreffenden Betätigungskolben 14, 14' unter Abdichtung in zwei axial aufeinanderfolgende Arbeitsräume 17, 18; 17', 18' unterteilt. Alle diese Arbeitsräume sowie die Betätigungskolben 14, 14' und die Betätigungsstange 6 sind koaxial zueinander angeordnet.

[0021] Jeder Aufnahmeraum 16, 16' wird axial von einer vorderen und einer hinteren Abschlußwand 22, 23; 22', 23' begrenzt. Bevorzugt sind dabei die einander zugewandten vorderen und hinteren Abschlußwände 22', 23 der beiden Betätigungseinheiten 13, 13' in Baueinheit ausgeführt und werden gemeinsam von einer einzigen Trennwand 24 gebildet. Zwischen dieser Trennwand 24 und der vorderen Abschlußwand 22 der vorderen Betätigungseinheit 13 sowie der hinteren Abschlußwand 23' der hinteren Betätigungseinheit 13' erstreckt sich jeweils ein rohrförmiges Mittelteil 25, 25', das den jeweils zugeordneten Aufnahmeraum 16, 16' umfangsseitig begrenzt.

[0022] Das Gehäuse 7 der Betätigungseinrichtung 1 hat somit einen modularen Aufbau, wobei jede Betätigungseinheit 13, 13' über eine Gehäuseeinheit verfügt, die sich aus einem rohrförmigen Mittelteil 25, 25' und an dessen beiden stirnseitigen Enden angeordneten vorderen und hinteren Abschlußwänden 22, 23; 22', 23' zusammensetzt. Auf diese Weise lassen sich nach Bedarf Betätigungseinrichtungen unterschiedlicher Baulängen realisieren, wobei insbesondere auch die Möglichkeit besteht, einen mehrstufigen Aufbau mit mehr als zwei Betätigungseinheiten zu realisieren. Dabei durchsetzt die Betätigungsstange 6 sämtliche zwischen dem Lagerungskopf 2 und der dem entgegengesetzten Ende der Betätigungseinrichtung 1 zugeordneten hinteren Betätigungseinheit 13' liegenden Betätigungseinheiten, wobei vorliegend nur eine solche vollständig durchsetzte Betätigungseinheit 13 vorhanden ist. Das dem Kniehebelmechanismus 12 axial entgegengesetzte Ende der Betätigungsstange 6 befindet sich innerhalb der hintersten Betätigungseinheit 13', so daß sie deren hintere Abschlußwand 23' nicht durchsetzt und lediglich durch die übrigen Abschlußwände, unter Abdichtung, hindurchtritt.

[0023] Allerdings wäre es durchaus möglich, die Betätigungsstange 6 an dem dem Lagerungskopf 2 entgegengesetzten Ende aus dem Gehäuse 7 der Betätigungseinrichtung 1 herausragen zu lassen, beispielsweise zum Zwecke einer Positionserfassung.

[0024] Die Betätigungseinrichtung 1 könnte mit einer durchgehend einstückigen Betätigungsstange 6 versehen sein. Um dem modularen Aufbau Rechnung zu tragen und die Montage zu vereinfachen, empfiehlt sich allerdings ein mehrteiliger Aufbau der Art, daß sich die Betätigungsstange 6 aus mehreren koaxial aufeinanderfolgend angeordneten länglichen Stangenelementen 26, 26' zusammensetzt. Das vordere Stangenelement 26 ragt dabei stirnseitig aus dem Gehäuse 7 heraus und bildet den am Kniehebelmechanismus 12 angreifenden äußeren Endabschnitt 8.

[0025] Die Verbindungsbereiche zwischen axial benachbarten Stangenelementen 26, 26' sind zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich dort gleichzeitig ein Betätigungskolben 14 fixieren läßt. Beim Ausführungsbeispiel ist zwischen den beiden, jeweils einer Betätigungseinheit 13, 13' zugeordneten Stangenelementen 26, 26' der Betätigungskolben 14 der vorderen Betätigungseinheit 13 fixiert und beispielsweise axial eingespannt. Hierzu können die Stangenelemente 26, 26' unter gleichzeitigem Durchgriff durch den Betätigungskolben 14 miteinander verschraubt sein. Die am rückseitigen Ende der Stangenelemente 26, 26' vorhandenen Verbindungsmittel 27 können bei der hintersten Betätigungseinheit 13' dazu verwendet werden, in Kooperation mit komplementären Verbindungsmitteln 28 den hinteren Betätigungskolben 14' zu fixieren.

[0026] In jedem der Arbeitsräume 17, 17'; 18, 18' mündet ein separater Fluidkanal 32, 33; 32', 33', der im Gehäuse 7 verläuft und andernends an geeigneter Stelle an der Außenfläche des Gehäuses 7 ausmündet, wo sich weiterführende Fluidleitungen 34, 34' der Steuereinrichtung 15 anschließen lassen. Sie führen zu einer beispielsgemäß zwei voneinander unabhängig betätigbare Steuerventile 35, 35' enthaltenden Steuerventilanordnung, über die sich die Fluidzufuhr in die Arbeitsräume und die Fluidabfuhr aus den Arbeitsräumen beeinflussen läßt. Das zugeführte bzw. eingespeiste Betätigungsfluid wirkt auf die an den beiden Stirnseiten der Betätigungskolben 14, 14' vorgesehenen Beaufschlagungsflächen ein und ruft auf diese Weise die Linearbewegung der Betätigungsstange 6 im Ausfahr- oder Einfahrsinne hervor.

[0027] Durch die axial mehrstufige Ausführung der Betätigungseinrichtung 1 läßt sich bei geringen Quer- bzw. Radialabmessungen eine sehr hohe Gesamtbeaufschlagungsfläche realisieren, die sich aus der Summe der Beaufschlagungsflächen der einzelnen Betätigungskolben 14, 14' zusammensetzt. Auf diese Weise können trotz extrem schmaler Bauweise hohe Stellkräfte realisiert werden.

[0028] Außerdem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, durch individuelle Ansteuerung der einzelnen Betätigungseinheiten 13, 13' spezielle gewünschte Betriebsabläufe zu realisieren. Es kann insbesondere eine hubabhängige Beaufschlagung der Betätigungskolben 14, 14' realisiert werden, beispielsweise indem ausgehend von der eingefahrenen Betätigungsstange 6 anfänglich nur einer der beiden Betätigungskolben beaufschlagt wird, bis der Spannarm 3 zur Anlage am zu spannenden Werkstück oder zumindest bis in die Nähe desselben verschwenkt ist. Erst dann wird auch der zweite Betätigungskolben beaufschlagt und zugeschaltet, so daß der eigentliche Spannvorgang mit verstärkter Kraft ausgeführt wird.

[0029] In der Zeichnung ist strichpunktiert ein elektronisches Steuergerät 36 angedeutet, das zum einen mit einer Sensoreinrichtung 37, 37' und zum anderen mit den Antrieben der beiden Steuerventile 35, 35' gekoppelt ist. Die Sensoreinrichtung 37 meldet vorbestimmte Axialpositionen eines oder mehrerer Betätigungskolben 14, 14', um davon abhängig die Steuerventile 35, 35' unabhängig voneinander zu betätigen, von denen jeweils eines für den Betrieb einer der beiden Betätigungseinheiten 13, 13' zuständig ist. Auf diese Weise lassen sich insgesamt sehr variabel die unterschiedlichsten Betriebsweisen realisieren, um dem jeweiligen Anwendungsfall Rechnung tragen zu können.

Ansprüche

1. Kniehebel-Spannvorrichtung, mit einer nach Art eines fluidbetätigten Arbeitszylinders ausgeführten Betätigungseinrichtung (1), die an einer Stirnseite mit einem Lagerungskopf (2) versehen ist, an dem ein Spannarm (3) verschwenkbar gelagert ist, der über einen Kniehebelmechanismus (12) mit einer Betätigungsstange (6) der Betätigungseinrichtung (1) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (1) mehrstufig aufgebaut ist und wenigstens zwei axial hintereinandergeschaltete Betätigungseinheiten (13, 13') enthält, die jeweils einen mit der Betätigungsstange (6) bewegungsgekoppelten fluidbeaufschlagbaren Betätigungskolben (14, 14') aufweisen.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine den Betätigungseinheiten (13, 13') zugeordnete Steuereinrichtung (15), die eine individuelle Fluidbeaufschlagung wenigstens zweier Betätigungskolben (14, 14') ermöglicht.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) wenigstens zwei die Fluidbeaufschlagung unterschiedlicher Betätigungskolben (14, 14') steuernde und insbesondere individuell betätigbare Steuerventile (35, 35') aufweist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) so ausgelegt ist, daß bei der die Spannbewegung des Spannarmes (3) hervorrufenden Ausfahrbewegung der Betätigungsstange (6) mindestens zwei Betätigungskolben (14, 14') hubabhängig fluidbeaufschlagt werden.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine einzige Betätigungsstange (6), an der sämtliche Betätigungskolben (14, 14') festgelegt sind und die zumindest die zwischen dem Lagerungskopf (2) und der entgegengesetzten rückseitigen Betätigungseinheit (13') angeordnete mindestens eine Betätigungseinheit (13) durchsetzt.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (6) mehrteilig aufgebaut ist und über mehrere koaxial aufeinanderfolgend angeordnete Stangenelemente (26, 26') verfügt.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zweier axial aufeinanderfolgender Stangenelemente (26, 26') jeweils ein Betätigungskolben (14) festgelegt ist.

8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Betätigungseinheit (13, 13') über eine ein rohrförmiges Mittelteil (25, 25') und stirnseitige Abschlußwände (22, 22'; 23, 23') aufweisende Gehäuseeinheit verfügt, wobei die an den einander zugewandten Axialseiten zweier benachbarter Betätigungseinheiten (13, 13') vorgesehenen Abschlußwände (22', 23) von einer einzigen Trennwand (24) gebildet sind.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen zweitstufigen Aufbau der Betätigungseinrichtung (1).

Zeichnung