der Kfz-Industrie

Beschreibung

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem Gehäuse, einer diesem Gehäuse zugeordneten Antriebsvorrichtung, die mit einem Versteilglied und über eine Kniehebelegelenkanordnung einen schwenkbeweglichen Spannarm zum Spannen der Bauteile auf einer Bauteilauflage in entgegengesetzte Richtungen antreibt

Stand der Technik

Kniehebelspannvorrichtungen dienen in der Automation zum rationellen Spannen von Bauteilen, vorwiegend im Karosseriebau der Kfz-Industrie. Die Funktion der Kniehebelspannvorrichtung basiert auf dem Kniehebelprinzip, wobei große Kräfte generiert werden. Die größte Kraft ergibt sich ab etwa einem Winkel von 10 Grad bis 0 Grad vor dem Totpunkt in der Endposition des Kniehebelgelenks.

Die Spannkraft wird durch den Spannarm (einarmiger Hebel), der eine Schwenkbewegung von zum Beispiel 135 Grad ausführt, erzielt und die volle Spannkraft erst in der Endposition, der Spannstellung, erreicht.

Ist das zu spannende Bauteil in seiner Dicke stärker oder dünner, ist die volle Spannkraft nicht mehr gegeben und die Spannflächen des Spannarms befinden sich auch nicht mehr parallel zum Bauteil.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniehebelspannvorrichtung zu schaffen, bei welcher der Spannarm im Krafthubbereich parallel angetrieben ist.

Lösung

Die Aufgabe wird durch jeden der drei nebengeordneten Patentansprüche 1 bis 4 gelöst. Patentanspruch 1 schlägt hierbei eine Kniehebelspannvorrichtung, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie vor, zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem Gehäuse, einer diesem Gehäuse zugeordneten Antriebsvorrichtung, die bei einem Verstellglied und über eine Kniehebelegelenkanordnung einen schwenkbeweglichen Spannarm zum Spannen der Bauteile auf einer Bauteilauflage in entgegengesetzten Richtungen antreibt, wobei ein in dem Gehäuse befindliches Kniehebelgelenkelement mit einem Drehlager des Gehäuses kraftschlüssig einen zweiseitigen Wippenhebel bildet, und dass über diesen Wippenhebel der Spannarm nach einer Schwenkbewegung in die Spannposition einen Winkel von 90 Grad zur Achse der jeweiligen Antriebsrichtung bildet und der Spannarm aus dieser Stellung heraus mit einem Krafthub von mehreren Millimetern mit annähernd gleich bleibender Spannkraft entwickelt und mit dieser Spannkraft auf das betreffende Bauteil aufsetzt.

Patentanspruch 2 schlägt hierbei eine Kniehebelspannvorrichtung, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie vor, zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem Gehäuse, einer diesem Gehäuse zugeordneten Antriebsvorrichtung, die über ein Versteilglied und über eine Kniehebelgelenkanordnung einen schwenkbeweglichen Spannarm zum Spannen der Bauteile auf einer Bauteilauflage in entgegengesetzten Richtungen antreibt, wobei ein in dem Gehäuse befindliches Kniehebelgelenkelement mit einem Drehlager des Gehäuses kraftschlüssig einen zweiseitigen Wippenhebel bildet, und dass über diesen Wippenhebel der Spannarm im Bereich von mehreren Millimetern vor Spannende bei parallelem Krafthub zur entge- gengesetzten Hubbewegung des Versteilgliedes eine annähernd gleich bleibende Spannkraft entwickelt und mit dieser auf das betreffende Bauteil aufsetzt.

Eine weitere erfinderische Lösung beschreibt Patentanspruch 3, nämlich eine Kniehebelspannvorrichtung, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem als Spannkopf ausgebildeten Gehäuse, einer dem Spannkopf zugeordneten, pneumatisch oder elektrisch antreibbaren Antriebsvorrichtung, die über ein in entgegengesetzten Richtungen antreibbares stangenförmiges Versteilglied über ein Übersetzungsgetriebe einen Spannarm schwenkbeweglich antreibt, wobei der Spannarm im Bereich von mehreren Millimetern vor Spannende bei parallelem Krafthub zur entgegengesetzten Hubbewegung des Versteilgliedes eine annähernd gleich bleibende Spannkraft entwickelt und damit auf die Bauteile spannend aufsetzt.

Gemäß Patentanspruch 4 wird eine Kniehebelspannvorrichtung zur Lösung der einheitlichen Aufgabe vorgeschlagen, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz- Industrie, zum Spannen und Fixieren von Bauteilen, mit einem Spannkopf, einer dem Spannkopf zugeordneten pneumatisch oder elektrisch antreibbaren Antriebsvorrichtung, die ein stangenförmiges Verstellglied in entgegengesetzten Hubrichtungen antreibt, mit einer mit dem stangenförmigen Verstellglied über eine Schwenkachse gekuppelten Kniehebelgelenkanordnung, wobei das stangenförmige Verstellglied an seinem Endbereich über Rollen in Führungsnuten geradlinig geführt ist, wobei die Rollen im Bereich der Hubendlage sich an den Führungsnuten oder einer daran anschließenden geformten gehärteten Stahlplatte kurven oder bogenförmig gekrümmten Wänden der Führungsnuten führen, wobei ein Kniehebelgelenkelement der Kniehebelgelenkanordnung mit einem gehäusefesten Drehlager des Spannkopfes zur Bildung eines zweiseitigen Hebelarms nach Art eines Wippenhebels kraftschlüssig zusammenwirkt und der zum Beispiel kürzere Hebelarm mit einer über eine Schwenkachse mit dem Kniehebelgelenkelement verbundenen Laschenanordnung zusammenwirkt, die einer dem Spannkopf zugeordneten Gehäuseachse zugeordnet ist, auf der der Spannarm schwenkbeweglich gelagert ist, wobei die Gehäuseachse, ggf. mittelbar, in einer parallel zur Hubrichtung der Antriebsachse oder des stangen- förmigen Versteilgliedes angeordneten Führung um ein begrenztes Maß in entgegengesetzten Richtungen hubbeweglich ist, wobei die mit der Gehäuseachse verbundene Kniehebelgelenkanordnung bei der Hubverstellung der Gehäuseachse durch Führungsflächen parallel mit entgegengesetzter Hubbewegung der Antriebsachse oder des stangenförmigen VerStellgliedes verstellbar ist, derart, dass bei der Hubverstellung der Gehäuseachse der Spannarm mit annähernd konstanter Spannkraft mehrere Millimeter vor Spannende bei paralleler Spannbewegung zur Antriebsachse oder der Hubbewegung des VerStellgliedes auf die Bauteile spannend aufsetzt. Einige Vorteile

Alle vier Lösungen der einheitlichen Aufgabe gestatten eine annähernd konstante Spannkraft über den Krafthub, auch bei unterschiedlichen Dicken der Bauteilen, in einem Spannbereich, der vorgegeben werden kann, zum Beispiel zwischen +/- 1 bis 12 mm, vorzugsweise +/- 2 bis 8 mm, insbesondere +/- 4 mm. Der Spannarm wird zunächst geschwenkt und von der Anlage des als Wippenhebel ausgebildeten Kniehebelspannelementes in eine parallel zur Antriebsachse verlaufenden Stellung in entgegengesetzten Richtungen bewegt. In dieser Position beginnt der Krafthub mit der weiteren Verstellung des Spannarms parallel zur Antriebsachse, insbesondere zur Längsachse eines stangenförmigen Versteilgliedes, dass das Kniehebelgelenk und damit den Spannhebel antreibt. Dieser Krafthub kann mehrere Millimeter betragen, wobei der Spannarm über diesen Krafthubbereich mit annähernd gleich bleibender Spannkraft bewegt wird und mit dieser annähernd gleich bleibenden Spannkraft auf das zu spannende Bauteil aufsetzt.

Die Kraft der Antriebsvorrichtung, in der Regel eine Kolben-Zylinder-Einheit, die abwechselnd beidseitig durch Druckluft zu beaufschlagen ist oder ein Elektromotor wird über das in der Regel stangenförmige Verstellglied, zum Beispiel eine Kolbenstange, auf eine Art Wippenhebel in Form eines zweiseitigen Hebelarms übertragen, der durch ein Kniehebelgelenkelement gebildet ist. Die Verstellkraft des Kolbens oder des Elektromotors wird entsprechend der Hebelverhältnisse am Wippenhebel über- setzt und der schwenkbewegliche Spannarm wird in Gegenrichtung der Kolbenstange verschoben. Jedes Verschieben des Spannarms geschieht parallel zu dem stangenförmigen Verstellglied, zum Beispiel einer Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit bzw. parallel zur Antriebsachse.

Zuvor schwenkt der Spannarm aus seiner geöffneten Stellung in eine Position, in der er einen Winkel von 90 Grad mit der Antriebsachse, zum Beispiel mit der Längsachse des stangenförmigen VerStellgliedes, bildet. Aus dieser Position heraus führt der Spannarm einen Krafthub mit annähernd gleich bleibender Spannkraft aus und setzt mit dieser Spannkraft auch auf das zu spannende Bauteil auf. Der Krafthub des Spannarms kann zum Beispiel mehrere Millimeter, beispielsweise +/- 4 Millimeter, oder auch mehr betragen.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 5 bis 9 beschrieben.

Gemäß Patentanspruch 5 ist die Gehäuseachse des Spannarms gegen die Rückstellkraft von zum Beispiel zwei vorgespannten Druckfederelementen verstellbar angeordnet. Dieses Druckfederelement stellt die Gehäuseachse nach Beendigung des Spannhubes und entgegengesetzter Bewegung der Antriebsvorrichtung für das stangenförmige Versteilglied wieder in die Ausgangslage zurück. Das Druckfederelement lässt sich raumsparend unterhalb der Gehäuseachse anordnen und befindet sich demgemäß auch innerhalb des als Spannkopf ausgebildeten Gehäuses.

In Patentanspruch 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Gehäuseachse des Spannarms in mindestens zwei Gleitbüchsen gelagert ist, die auf gegenüberliegenden Seiten in einer Ausnehmung des Spannkopfes durch parallele, geradlinige Führungsflächen oder hier vorgesehene Wälzlager reibungsarm hubbeweglich geführt angeordnet ist.

Gemäß Patentanspruch 7 ist diese Kniehebelspannvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager des Spannkopfes, gegen den sich ein Kniehebelgelenkelement der Kniehebelgelenkanordnung zur Bildung des zweiseitigen Wippenhebels abstützt, als rollbewegliche Kugel, als Rolle, als Vorsprung des Gehäuses oder als gehärtete Stahleinlage ausgebildet ist.

In Patentanspruch 8 ist eine Kniehebelspannvorrichtung beschrieben, bei der das gehäusefeste Drehlager, gegen das sich das Kniehebelgelenkelement bei der Hubverstellung der Gehäuseachse des Spannarms abstützt, als in einem Käfig angeordnete Rolle, als Kugel oder als Vorsprung, zum Beispiel aus gehärtetem Stahl, ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Führungsnuten im Bereich der Hubendlage kurven oder bogenförmig oder nach einem Radius gekrümmt sind und dass in diesem Bereich zum Beispiel ein als gehärtete Stahlplatte ausgebildetes Element vorgesehen ist - Patentanspruch 9.

In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - an einem Ausführungsbeispiel für eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz- Industrie dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kniehebelspannvorrichtung mit in Offenstellung geschwenktem

Spannarm, im Axiallängsschnitt;

Fig. 2 die aus Fig. 1 ersichtliche Kniehebelspannvorrichtung zu Beginn des

Spannhubs des Spannarms in Bezug auf ein als Bauteilauflage ausgebildetes Widerlager zum Anordnen der Bauteile, die nicht dargestellt sind, im Axiallängsschnitt;

Fig. 3 die aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Kniehebelspannvorrichtung in Spannstellung, ohne zu spannende Bauteile, und

Fig. 4 einen Teilquerschnitt nach der Linie A - B der Fig. 3 durch den Spannkopf. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein als Spannkopf ausgebildetes Gehäuse bezeichnet, das bei der darstellten Ausführungsform aus zwei sandwichartig aneinanderliegenden Gehäuseteilen besteht, die durch Schrauben (nicht dargestellt) miteinander verbunden sind und abgedichtet flächig aufeinanderliegen und die im Innenraum 2 angeordnete nachfolgend noch zu beschreibende Vorrichtungsteile gegen Verschmutzungen umschließen.

Dem Gehäuse 1 ist eine Antriebsvorrichtung 3 lösbar zugeordnet, was aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist. Zu diesem Zweck kann die Antriebsvorrichtung 3 mit dem Spannkopf 1 durch Schrauben funktionell einstückig, aber lösbar, verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, das Gehäuse 1 der Antriebsvorrichtung 3 materialmäßig einstückig mit dem Gehäuse 1 auszugestalten.

Die Antriebsvorrichtung 3 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet und weist demzufolge einen Zylinderinnenraum 4 und einen darin durch ein Dichtelement 5 druckmitteldicht abgedichteten und in Richtung X bzw. Y geradlinig und längsverschieblich geführten Kolben 6 auf, der abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, vorliegend durch Druckluft, entweder über den Kanal 7 oder über den Kanal 8 beaufschlagt wird, wodurch der Kolben 6 entweder in Richtung X der Y angetrieben wird. Mit dem Kolben 6 ist ein als Kolbenstange ausgebildetes stangenförmiges Versteilglied 9 funktionell einstückig, aber lösbar, verbunden. Die Längsachse der VerStellgliedes 9 bildet in diesem Fall die Antriebsachse, bei einem Elektromotor ein entsprechendes Bauteil oder eben eine Kolbenstange. Das Verstellglied 9 ist durch eine Trennwand 10 durch ein Dichtelement 11 druckmitteldicht hindurchgeführt und ragt mit seinem Ende in den Innenraum 2 des Spannkopfes 1 bei jeder Hubstellung hinein. Mit dem in dem Innenraum 2 befindlichen Endabschnitt des stangenförmigen Versteilgliedes 9 ist ein Gabelkopf 12 funktionell oder materialmäßig einstückig verbunden, der an seinem Ende eine Schwenkachse 13 aufweist, mit der eine Kniehebelgelenkanordnung 14 getrieblich verbunden ist. In der Zeichnung ist die Kniehebelgelenkanordnung 14 durch zwei laschenförmige Kniehebelgelenkelemente 15 und 16 dargestellt, wobei die Kniehebelgelenkelemente 15 und 16 durch eine Schwenkachse 17 schwenkbeweglich miteinander verbunden sind.

Das Kniehebelgelenkelement 16 ist mit einer Gehäuseachse 18 verbunden, die in zwei Gleitbüchsen 19 gelagert ist, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten durch parallel zueinander verlaufende geradlinige, als Führungsflächen ausgebildete Flächen 20 und 21 begrenzt ist, mit denen die Gleitbüchse 19 und damit die Gehäuseachse 18 parallel zu dem Versteilglied 9 ebenfalls in Richtung X bzw. Y gegen die Rückstellkraft von zwei vorgespannten Druckfederelementen 22 in jeweils einer langlochartigen Ausnehmung 23 des Spannkopfes 1 um ein begrenztes Maß hubbeweglich in entgegengesetzten Richtungen geführt sind. Die Vorspannkraft der Druckfederelemente 22 ist durch jeweils ein nicht dargestelltes Widerlager, zum Beispiel jeweils einen Schraubstopfen, stufenlos einstellbar. Die Druckfederelemente 22 bringen die Gleitbüchse 19 und damit die Gehäuseachse 18 wieder in ihre aus Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück.

Mit 24 ist ein Spannarm bezeichnet, der in Richtung C-D um einen Schwenkwinkel von zum Beispiel 135 Grad in entgegengesetzten Richtungen schwenkbeweglich ist und der mit einer als Kiefer ausgebildeten Bauteilauflage 25 zusammenwirkt, auf der zu spannende Bauteile, insbesondere aus dem Karosseriebau der Kfz-Industrie, zu klemmen sind, bis diese durch Weiterverarbeitung, zum Beispiel durch Kleben, oder Clinchen, oder Punktschweißen oder dergleichen, dauerhaft miteinander verbunden sind.

Mit dem Bezugszeichen 26 sind sich überwiegend geradlinig in Hubrichtung X bzw. Y erstreckende Führungsnuten in den gegenüberliegenden Spannkopfwandungen bezeichnet. Wenn der Spannkopf 1 aus zwei sandwichartig übereinanderliegenden Hälften besteht, sind beide Hälften mit derartigen Führungsnuten 26 versehen, die kongruent gegenüberliegend parallel zueinander verlaufen und in denen der Gabelkopf 12 über auf der Schwenkachse 13 gelagerte Rollen 27 leichtgängig zwangsgeführt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform (Fig. 1 und 2) erkennt man, dass die Führungsnuten 26 an ihrem oberen Ende (in der Zeichnungsebene gesehen) abweichend von der geraden Hublinie eine kurvenförmige Ausformung 28 besitzen, die derart gestaltet ist, dass die Rollen 27 stets im Kontakt mit den zugehörigen Wänden der Führungsnuten 26 bleiben, so dass das Kniehebelgelenkelement 15 sich in den Führungsnuten 26 über die Schwenkachse 13 mit den Rollen 27 abstützen kann. Die Ausformung 28 ist bei der dargestellten Ausführungsform nach einem Radius verlaufend ausgestaltet, kann aber auch eine andere Kurvenform aufweisen.

Wie man erkennt, ist im Innenraum 2, und zwar an der oberen Innenwand des Spannkopfes 1 (in der Zeichnungsebene gesehen) ein Drehlager 29 angeordnet, das als Stahlkugel oder als Schneidenlager oder als Rollenlager oder als schulterförmi- ger, gehäusefester Ansatz, materialmäßig oder funktionell einstückig mit der Wandung des Spannkopfes 1 , oder in einem Käfig gelagerte Rolle oder gehärtete Stahlkugel oder gehärtete Stahleinlage, ausgebildet sein kann, gegen den sich das Kniehebelgelenkelement 15 - wie aus Fig. 2 ersichtlich - mit seiner Rückseite kraftschlüssig anlegt, so dass im Bereich des oberen Hubendes des Verstellgliedes 9 das Kniehebelgelenkelement 15 in dieser Stellung einen zweiseitigen Hebel bildet, dessen Hebelarme unterschiedlich lang sind, wobei der kürzere Hebelarm der Schwenkachse 17 und der längere Hebelarm der Schwenkachse 13 zugeordnet ist. Dadurch bildet das Kniehebelgelenkelement 15 eine Art Wippenhebel und das Drehlager ein Wippenwiderlager. Je nach Wahl der Hebellängen kann man das Übersetzungsver- hältnis, mit dem der Kolben 6 über das Verstellglied 9 seine Kraft über die Kniehebelgelenkanordnung 14 auf die Gehäuseachse 18 überträgt, variieren.

Wie man erkennt, legt sich in dieser Stellung, in der das Kniehebelgelenkelement 15 mit dem Drehlager 29 zur Anlage kommt, das Kniehebelgelenkelement 16 gegen ein weiteres gehäusefestes Rollenlager 30 an.

Bei der weiteren Verschiebung des stangenförmigen VerStellgliedes 9 aus der Position gemäß Fig. 2 zum Beispiel in die Position gemäß Fig. 3, gleitet das Kniehebelgelenkelement 16 mit seiner Rückseite an dem festen Rollenlager 30 entlang und verschiebt die Gehäuseachse 18 mit den Gleitbüchsen 19 in der langlochförmigen Ausnehmung 23 gegen die Rückstellkraft der Druckfederelemente 22 geradlinig in Richtung X, wodurch auch der Spannarm 24 parallel zur Hubbewegung X - Y des Versteilgliedes 9 mit annähend gleich bleibender Spannkraft bewegt wird und mit dieser auf das Bauteil aufsetzt. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Bauteilauflage. Je nach Wahl der Übersetzungsverhältnisse und Größenabmessungen der Kniehebelegelenkanordnung 14 kann der parallele Hub in Richtung X zur Längsachse des Versteilgliedes 9 mehrere Millimeter, zum Beispiel vier Millimeter, betragen. Man kann je nach den Abmessungen der Hebelübersetzung und Abmessungen der Kniehebelgelenkanordnung 14 diesen Hub, der mit T in Fig. 2 bezeichnet ist, variieren. Zum Lösen des Spannarms 24 wird durch den Kanal 8 Druckmitteldruck, zum Beispiel Druckluft auf den Kolben 6 geleitet, wodurch das stangenförmige Versteilglied 9 in Richtung X verschoben wird und dadurch über die Schwenkachse 13 und die Rollen 27 die Kniehebelgelenkanordnung 14 zurückzieht, und dadurch der Spannarm in Richtung D geschwenkt wird. Die Verschiebung der Gleitbüchse 19 mit der Gehäuseachse 18 wird durch die vorgespannten Druckfederelemente 22 erzielt. Diese Druckfederelemente 22 können aus Stahl oder aus Kunststoff bestehen oder auch ein Verstellkolben sein, der im Bedarfsfalle durch Druckmitteldruck beaufschlagt wird (nicht dargestellt).

Die Gehäuseachse 18 ist seitwärts aus dem Spannkopf 1 beidseitig herausgeführt und besitzt hier quadratische Anformungen 31 , 32, auf denen der Spannarm 24 mit einer U-förmigen Gestaltung und entsprechenden Ausnehmungen lösbar und auswechselbar angeordnet ist.

Der Winkel α bezeichnet die Stellung des Spannarms 24 nach einer Schwenkbewegung in die Spannstellung, wobei der Spannarm 24 einen Winkel von 90 Grad zur Achse der jeweiligen Antriebsrichtung X bzw. Y, bei der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform mithin zur Längsachse des stangenförmigen Verstellgliedes 9, einnimmt. Ist anstatt einer Kolben-Zylinder-Einheit 3 ein Elektromotor oder ein sonstiger Antrieb vorgesehen, so bezeichnet der Winkel α die Stellung des Spannarms 24 in 90 Grad-Stellung des Spannarms 24 zur Antriebsachse. Die in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichen

Spannkopf, Gehäuse

Innenraum

Antriebsvorrichtung

Zylinderinnenraum

Dichtelement

Kolben

Kanal Verstellglied, stangenförmiges

Trennwand

Dichtelement

Gabelkopf

Schwenkachse

Kniehebelgelenkanordnung, Übersetzungsgetriebe Kniehebelgelenkelement, Wippenhebel

„ , „

Schwenkachse

Gehäuseachse Gleitbüchse Führungsfläche Druckfederelement

Ausnehmung, langlochartige Spannarm

Bauteilauflage

Führungsnuten

Rollen

Ausformung

Drehlager

Rollenlager

Anformung Spannoberfläche

Spannfläche

Verstellvorrichtung

Schnittverlauf

Schwenkrichtung

Schwenkrichtung Hub

Winkel zwischen Spannposition des Spannarms 24 und der Antriebsachse