DE3638526C1

DE3638526C1 - Elektromotorisch antreibbare Werkstueckspannvorrichtung

Info

Publication number: DE3638526C1
Application number: DE3638526A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Hafeneger
Original assignee: DE STA CO Metallerzeugnisse GmbH
Current assignee: DESTACO Europe GmbH
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1987-07-30
Also published as: ATE64707T1; EP0268176B1; ES2023172B3; DE3771035D1; EP0268176A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch antreibbare Werkstückspannvorrichtung gemäß Oberbegriff des Hauptan spruches.

Derartige Spannvorrichtungen sind bekannt nach K. Schreyer, Werkstückspanner (Vorrichtungen, 3. Auflage, Springer-Ver lag, Berlin, Heidelberg, New York 1969, S. 80, 81; Bild 246) und insbesondere für die Verwendung an Drehbänken zum Betä tigen von Spanndornen, -zangen und -futtern bestimmt, wobei diese Vorrichtungen auch mit einer Feder ausgestattet werden können, um ein elastisches Spannen zu ermöglichen. Für Spann vorrichtungen der hier interessierenden Art ist eine derar tige elektromotorisch angetriebene Spannvorrichtung nicht ohne weiteres geeignet, da für Werkstückspannvorrichtungen ein elastisches Festspannen nicht in Frage kommt und ohne Feder eine solche vorbekannte Spannvorrichtung zum Verkeilen der Gewindespindel mit dem Stellglied führte.

Spannvorrichtungen der hier interessierenden Art sind bspw. nach der DE-PS 30 22 376 bekannt, aber auch nach den folgen den Druckschriften: DE-PS 19 50 721, 12 68 074, der DE-OS 22 22 686, der FR-PS 12 55 515 und schließlich nach der US-PS 31 16 058. Bei allen diesen bekannten Spannvorrich tungen sind pneumatische oder hydraulische Antriebe vorge sehen, deren translatorische Hubbewegung durch gelenkig in der Vorrichtung gelagerte Stellglieder in die Schwenkbewe gung des Spannhebels umgesetzt wird. Bezüglich dieser An triebsart für derartige Spannvorrichtungen hat es nicht an Versuchen gefehlt, solche Spannvorrichtungen mit Drehantrie ben zu versehen, also insbesondere mit elektrischen Antrieben, deren Drehbewegung allerdings nicht ohne weiteres in eine translatorische und nachfolgende Schwenkbewegung der Stell glieder umgesetzt werden kann, da dies im Bereich des Hal ters für den Spannhebel und dessen Verstellmechanik zu einer größeren Raumbeanspruchung und damit entsprechender Baugröße derartiger Vorrichtungen führt, die in den meisten Anwendungs fällen nicht akzeptabel ist, weil in der Regel mehrere sol cher Spannvorrichtungen in möglichst dichter Zuordnung am betreffenden Werkstück (bspw. Autokarrosserie) angesetzt wer den müssen.

Nach der US-PS 41 37 784 ist ein weiterer elektromotorischer Drehantrieb um Umkehrmotor bekannt.

Abgesehen davon, daß bei diesem elektromechanischen Drehan trieb der Antriebsmotor raumbeanspruchend achsparalell zum Spindelantrieb des Stellgliedes angeordnet ist, ist dieser für Haken, Bügel od. dgl. Lastenträger vorgesehene Drehan trieb für Spannvorrichtungen der hier interessierenden Art ebenfalls nicht ohne weiteres geeignet, da sich der elastische Puffer, der eine Verkeilung der beteiligten Gewinde verhindern soll, am freien Ende der Gewinde spindel befindet und nur dann wirksam werden kann, wenn sich der nicht einstellbare Anschlag im Innern des Stell gliedes auf diesen Puffer aufsetzt. Gleiches gilt für die voll ausgefahrene Stellung des Stellgliedes. Wenn sich also - vorausgesetzt dieser Drehantrieb wäre mit einer Spannvorrichtung gekoppelt - der Spannhebel an eine festzuspannende Werkstückoberfläche festgespannt ange legt hat und wäre dabei der Puffer der Spindel noch nicht am inneren antriebsseitigen Anschlag des Stellgliedes zur Anlage gekommen, so würden sich die Gewinde verkeilen, d. h., der vorbekannte Drehantrieb müßte konstruktiv exakt auf jede Spannstellung abgestellt werden. Eine Verän derung und damit Einstellbarkeit der Anschlagsverhält nisse wäre aber nur im Inneren des als Hülse ausgebil deten Stellgliedes möglich und damit kompliziert.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Gewindeverkeilung in jeder Spannstellung, d. h. in Unter-, Totpunkt- und auch Übertotpunkt-Spannstellung verhinderbar sein soll.

Diese Aufgabe ist mit einer Werkstückspannvorrichtung der eingangs genann ten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen ange führten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und praktische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unter ansprüchen.

Für diese erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist also wesentlich, daß sich die Gewindespindel durch ihre "schwimmende" Lagerung begrenzt bewegen kann. Da diese schwimmende Lagerung mit ihrer Axialfederung erfindungsge mäß kupplungs- bzw. antriebsseitig angeordnet ist, kann also die eine Gewindeverkeilung verhindernde Axialfederung in jeder Spannstellung zur Wirkung kommen. Die Axialfederung muß dabei natürlich so ausgelegt sein, daß für eine vor bestimmte Zusammendrückung eine Antriebskraft des Motors erforderlich ist, bei der die Stromaufnahme des Motors ab geschaltet, bei der ferner die maximale Klemmkraft via Spannvorrichtung erzeugt wird und bei der ferner noch keine Selbstverkeilung der Gewinde erfolgt ist. Unter dieser Vor aussetzung geschieht an der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung folgendes:

Der Spannhebel wird ohne axiales Zurückweichen der Axialfe derung zunächst am Werkstück zur Anlage gebracht. Da der Mo tor dann noch über Kraftreserven verfügt, dreht dieser die Spindel weiter, die jedoch mit zunehmender Spannkraft axial zur Antriebsseite hin und unter Zusammendrückung der Axialfe derung ausweicht, bis die maximale Spannkraft erreicht ist, d. h., die Spannkraft entspricht jetzt der Spannkraft der zusammen gedrückten Federung und zwar ohne daß es dabei zu einer Ver keilung der Gewinde gekommen ist, die eintreten würde, wenn die Spindel axial nicht in entgegengesetzter Richtung auswei chen könnte. Da der Motor für eine bestimmte Stromaufnahme ausgelegt bzw. abschaltbar ist, ist es für die Rückstellung der Spindel und die Lösung der Spannvorrichtung aus ihrer Spannstellung wesentlich, daß sich die Gewinde nicht verkeilt haben, was eine für die Lösung der Verkeilung entsprechend größere Rückstellkraft erforderte, die aber der Motor nicht zu leisten vermag.

Sofern nicht in anderer Weise bei Erreichen der Öffnungsstel lung der Spannvorrichtung (Drehantrieb und Stellglied sind dabei zusammengefahren) für eine Abschaltung des Drehantrie bes gesorgt wird, kann vorteilhaft das gleiche Prinzip einer axialen Abfederung für diese Stellung ebenfalls zur Anwendung kommen, um auch bei dieser Stellung der Spannvorrichtung eine Verkeilung der Gewinde zu verhindern. Eine solche Axialfede rung kann dafür entweder zwischen dem freien Ende der Spin del und im Inneren des Stellgliedes angeordnet werden, bevor zugt und vorteilhaft aber zwischen dem kupplungsseitigen Ende des Stellgliedes und einem entsprechenden Auflager im Vor richtungshalter, denn eine Anordnung am freien Spindelende bedürfte einer Neueinstellung, wenn das Stellglied in sich bezüglich seiner Länge verändert würde.

In Rücksicht auf eine möglichst schlanke Bauweise der ganzen Vorrichtung wird der Motor bevorzugt und vorteilhaft koaxial zur Gewindespindel am Halter angeordnet.

Die erfindungsgemäße Werkstückspann vorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Dar stellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 die Spannvorrichtung teilweise in Schnitt und An sicht in geöffneter Stellung;

Fig. 2 die gleiche Spannvorrichtung in geschlossener Stellung und

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die schwimmende Lagerung.

Wie aus den Fig. 1, 2 erkennbar, besteht die Spannvorrichtung aus einem in einem Halter H schwenkbar gelagerten Spannhebel 14, der über ein Zwischenglied 13 mit einem axial im Halter H geführten, von einem Antrieb axial bewegbaren Stellglied 7 gelenkig verbunden ist. Dieses bekannte Bauprinzip derarti ger Vorrichtungen ist also bei der vorliegenden Vorrichtung beibehalten, wobei jedoch der bisher übliche Pneumatik- oder Hydraulik-Hubantrieb ersetzt ist durch einen in seiner Dreh richtung umkehrbaren Drehantrieb und zwar in Form eines zur Spindel 3 koaxial angeordneten Umkehr-Motors 1 mit vorgeschal tetem Planetengetriebe 1′ und einer Axialkupplung 2, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine geringe axiale Verschiebung der Trapezgewindespindel 3 zuläßt, mit der die Axialkupplung 2 drehfest verbunden ist. Die Gewindespindel 3 ist mit einem Trapezgewinde 3′ mit geringer Steigung versehen, um eine Selbsthemmung zwischen der Spindel 3 und dem mit entsprechen dem Innengewinde 3′′ versehenen Stellglied 7 zu gewährleisten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellglied aus zwei Teilen gebildet und zwar aus dem Stellglied-Kopfstück 7′ und einer mit entsprechenden Innengewinde versehenen Spin delhülse 7′′, auf die das Stellglied-Kopfstück 7′ aufgeschraubt und in gewünschter Stellung mittels einer Kontermutter 8 fixiert ist. Am Stellglied-Kopfstück 7′ ist das Zwischenglied 13 angelenkt, das seinerseits mit einem Gelenkfortsatz 14′ des Spannhebels 14 gelenkig in Verbindung steht, welcher sich in Fig. 1 in Öffnungsstellung und in Fig. 2 in Schließ- bzw. Spannstellung befindet. Der Halter H der Vorrichtung, in dem die gesamte Verstellmechanik gelagert ist, besteht, wie ersichtlich, aus mehreren Teilen, die alle mit 5 bezeichnet sind. Auf der spannhebelabgewandten Seite ist das Stellglied- Kopfstück 7′ im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Ver dickung 15 versehen und zwar zur Aufnahme des einen Gelenkes des Zwischengliedes 13 und zur Aufnahme von kleinen Führungs rollen 16, die an einer Flachführung 17 des Halters H abge stützt geführt sind. Diese Art der Ausbildung des Stellglied- Kopfstückes ist ebenfalls bekannt. Andere Arten der Führung des Stellglied-Kopfstückes 7′ können allerdings ebenfalls zur Anwendung kommen. In Rücksicht auf eine Übertotpunktver riegelung des Spannhebels kommt jedoch die dargestellte Aus führungsform des Stellgliedes 7′ vorteilhaft zur Anwendung.

Durch die Anordnung der "schwimmenden" Lagerung (Fig. 3) zwi schen Spindel 3 und Kupplung 2 ist dafür gesorgt, daß sich in Spannstellung die Gewinde nicht schwer lösbar verkeilen kön nen. Sofern überhaupt Endanschläge 4 zur Verhinderung des völligen Ausschraubens der Spindel 3 aus dem Stellglied 7 vorgesehen sind, so tritt auch diesbezüglich die Axialfede rung 19 in Funktion, und es kann keine Selbstverkeilung der Gewinde erfolgen.

Wie insbesondere aus Fig. 2, 3 ersichtlich, ist die Trapez gewindespindel 3 mit ihrem antriebsseitigen Ende 3′′′ ver drehfest aber axial verschieblich in der kleinen Kupplung 2 gelagert. Unmittelbar vor dieser Kupplung 2 ist die Trapez gewindespindel 3 mit zwei Radialkugellagern 10 versehen, die auf der Spindel 3 mit zwei Kontermuttern 12 festgelegt sind.

Die beiden Radialkugellager 10 sind ihrerseits in einer Axial gleitbüchse 11 gelagert, die sich geringfügig in einer ent sprechenden Gleitlagerführung 11′ des Halters H verschieben kann und die mit einem geeigneten Element 18 gegen Verdrehung gesichert ist. Der Umkehr-Motor 1 (Elektrogetriebemotor) ist für eine bestimmte Stromstärkenaufnahme ausgelegt und schal tet bei Überlast ab, die dann vorliegt, wenn die Axialfederung 19 auf einen vorbestimmten Belastungswert zusammengedrückt ist.

Soll der Spannhebel 14 aus seiner Spannstellung, die auch eine Übertotpunktspannstellung sein kann, gelöst werden, so dreht sich der Motor 1, entsprechend umgeschaltet, nach der ande ren Seite, wobei problemlos die bestehende Selbsthemmung der Gewinde überwunden wird, da keine Verkeilung zwischen den Gewinden vorliegt. Um eine solche Verkeilung zu verhindern, ist kuppelseitig die schwimmende Lagerung mit der Axialfede rung 19 in Form einer Tellerfeder versehen, die gegen den An schlag 20′ im Halter H verspannt ist. Dieser Anschlag kann ggf. auch einstellbar ausgebildet sein. Die Axialfederung 19 ist dabei, wie erwähnt, so ausgelegt, daß sie im ganz oder teilweise zusammengedrückten Zustand der maximal zulässigen Stromaufnahme entspricht bzw. der maximal aufbringbaren Spann kraft am Spannhebel 14, wodurch gewährleistet wird, daß bei Erreichen der Spannstellung keine weiteren Kräfte mehr in die Vorrichtung eingeleitet werden, die sonst zur Verkeilung der Gewinde führen würden.

Um bei der Rückstellung des Spannhebels 14 bzw. der ganzen Spannvorrichtung in die Öffnungsstellung gemäß Fig. 1 zu ge währleisten, daß dann nicht ebenfalls eine Verkeilung der Ge winde eintritt, könnte selbstverständlich an geeigneter Stel le ein Endschalter 21 vorgesehen werden, der den Umkehr-Mo tor 1 rechtzeitig abschaltet. Es ist vorteilhaft aber auch möglich, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine entsprechende Axial federung 19′ spannseitig vor der schwimmenden Lagerung anzu ordnen, was einen solchen Endschalter entbehrlich macht. Diese Axialfederung 19′ wird deshalb in geeigneter Weise zwischen dem ersten Radialkugellager 10 und dem Anschlag 4′ des Halters H angeordnet, wodurch dann die dort angeordnete Axial federung 19′ genau wie die Axialfederung 19 völlig unabhängig von der tatsächlich eingestellten Länge des Stellgliedes 7 zur Wirkung kommt. Die Axialfederung 19′ könnte zwar direkt am Anschlag 4′ angelegt werden, vorteilhaft kann aber auch für deren Einstellbarkeit der Anschlag in geeigneter Weise axial verstellbar ausgebildet sein, was nicht besonders dargestellt ist.

Das Stellglied-Kopfstück 7′ bzw. die einen Teil des Stell gliedes 7 bildende Spindelhülse 7′′ ist mit einem Endanschlag 6 in Form eines Ringbundes versehen, der mit dem vorerwähnten Anschlag 4 zusammenwirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Anschlag 4 einen Teil mit einer auswechselbaren, die Spindel 13 und das Stellglied 7 umfassenden Führungs büchse 9, die, wie bspw. dargestellt, in geeigneter Weise in den Halter H integriert ist.

Dieser Anschlag 4 dient nun dazu, ein völliges Ausschrauben der Spindel 3 aus dem Stellglied 7 dann zu verhindern, wenn der Spannhebel 14 aus irgendwelchen Gründen an einem Werk stück nicht zur Spannanlage käme, denn dann würde der Motor 1 nicht belastet, einfach weiterdrehen und je nach den kon truktiven Maßverhältnissen die Spindel 3 aus dem Stellglied 7 herausschrauben. Selbst wenn der Endanschlag 6 der Spindel hülse 7′′ am Anschlag 4 zur Anlage kommt, ergibt sich keine Gewindeverkeilung, da dann wieder die "schwimmende" Lagerung 20 in Funktion tritt.

Claims

1. Elektromotorisch antreibbare Werkstückspannvorrichtung, bestehend aus

1.1 einer von einem elektrischen Umkehrmotor antreibbaren und selbsthemmende Gewindesteigung aufweisenden Gewinde spindel, die mit einem mit Innengewinde versehenen, axial bewegbaren und gegen Verdrehung gesicherten Stell glied in Eingriff steht und ferner mit einer beim Er reichen der Spannstellung zwischen dem Stellglied und der Gewindespindel wirksam werdenden Axialfeder versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

1.2 das Stellglied (7) über ein Zwischenglied (13) mit einem schwenkbar am Vorrichtungsgehäuse (H) gelagerten Spannhebel (14) verbunden ist,
1.3 der Umkehrmotor (1) in Abhängigkeit von der für die maximale Spannkraft erforderlichen Stromaufnahme ab schaltbar ist,
1.4 der Umkehrmotor über eine Axialkupplung (2) mit der Gewindespindel (3) gekuppelt ist, wobei das kupplungs seitige Ende der Gewindespindel drehfest und axial ver schieblich mit der Axialkupplung verbunden ist,
1.5 ein schwimmend im Vorrichtungsgehäuse (H) gelagertes Gewindespindellager (20) zwischen der Axialkupplung (2) und dem Gewindeteil der Gewindespindel (3) vorgesehen ist,
1.6 mindestens einer Axialfeder (19), die zwischen dem schwimmend gelagerten Gewindespindellager (20) und einer kupplungsseitigen Schulter (20-) des Vorrichtungsgehäuses (H) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umkehr-Motor (1) koaxial zur Gewindespindel (3) ange ordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die kupplungsseitig angeord nete schwimmende Lagerung (20) der begrenzt axial bewegli chen Gewindespindel (3) aus mindestens einem an der Spin del (3) festgelegten Radialkugellager (10) gebildet und dieses seinerseits unter kupplungsseitiger Zwischenschal tung der Axialfederung (19) in einer im Halter (H) beweg lichen Axial-Gleitbüchse (11) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß am Halter (H) spindelseitig vor der Lagerung (20) ebenfalls eine Axialfederung (19′) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Axial federungen (19, 19′) als Tellerfedern ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß kupplungs- bzw. antriebsseitig im Stellweg der Axial-Gleitbüchse (11) oder des Radialkugellagers (10) ein Sicherheitsend schalter (21) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, das Stellglied-Kopfstück (7′) auf die Spindelhülse (7′′) auf schraubbar ausgebildet und an der Spindelhülse (7′′) mit einer Kontermutter (8) fixierbar angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß das Widerlager (20′) der Axialfederung (19) am Halter (H) einstellbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß auch das Widerlager (20′) der Axialfederung (19′) am Halter (H) einstellbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß im Hal ter (H) ein antriebsferner Endanschlag (4) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der antriebsferne Endan schlag (4) als Teil einer im Halter (H) angeordneten, auswechselbaren, die Spindel (3) und das Stellglied (7) umfassenden Führungsbüchse (9) ausgebildet ist.