DE102004005014A1

DE102004005014A1 - Elektrische Klemmvorrichtung

Info

Publication number: DE102004005014A1
Application number: DE102004005014A
Authority: DE
Inventors: Kai Windsor Zhao; Tom Frederick Troy Samrah; Jeff Gerald Clinton Twp Kozlowski; Erick William Sterling Heights Rudaitis
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2004-08-12
Also published as: FR2850598A1; US20040150149A1; US6869068B2; FR2850598B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine preiswerte elektrische Klemmvorrichtung, bei welcher ein Gelenkstangenverbinder durch einen Elektromotor mit niedrigem Drehmoment betätigt werden kann. Die Vorrichtung umfasst einen Getriebegeschwindigkeitsreduziermechanismus, der mit dem Elektromotor verbunden ist, einen mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbundenen Verbinder, eine mit dem Verbinder verbundene Klemmarmwelle und einen Grundkörper zur Aufnahme dieser Elemente. Der Verbinder umfasst einen Kurbelverbinder, welcher mit einem Zahnrad der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbunden ist, einen Gleitstückverbinder, welcher an seinem einen Ende mit dem Kurbelverbinder verbunden ist und auf dem ein Gleitstück, welches sich entlang von Kurvenschienenflächen bewegt, drehbar angebracht ist, und einen Antriebshebel, mit welchem das andere Ende des Gleitstückverbinders verbunden ist und der von der Klemmarmwelle vorsteht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Klemmvorrichtung zum Klemmen eines Werkstückes.
In automatischen Montagelinien und dgl. in der Automobilindustrie werden Klemmvorrichtungen zum Klemmen von Werkstücken regelmäßig eingesetzt. Herkömmlicherweise wird ein Fluiddruckzylinder als Antriebsquelle zum Antrieb der Klemmvorrichtung verwendet, wobei ein Klemmarm bspw. durch die Antriebskraft eines Pneumatikzylinders gedreht wird, um eine Klemmkraft zu erzeugen.
Die herkömmlichen Klemmvorrichtungen erfordern jedoch Druckluftleitungen. Die Verrohrung ist kompliziert, der Installationsraum wird durch die Vielzahl der für die Druckluftleitungen erforderlichen Rohre begrenzt, die Vorrichtung wird groß und die Kosten werden durch Luftleckage oder dgl. erhöht.
Zur Lösung dieses Problems ist eine elektrische Klemmvorrichtung bekannt, bei welcher ein Elektromotor als Antriebsquelle verwendet wird (vgl. bspw. das US-Patent 6,354,580).
Bei dieser bekannten elektrischen Klemmvorrichtung wird jedoch die Antriebskraft des Elektromotors über einen Getriebemechanismus und einen Förderspindelmechanismus in eine lineare Bewegung umgewandelt und die durch den Förderspindelmechanismus übertragene lineare Bewegung wird über eine Kniehebelverbindung in eine Drehbewegung umgewandelt, um einen Klemmarm zu drehen. Da ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus an dem Getriebemecha nismus und der Förderspindelwelle vorgesehen ist, wird der Aufbau des Geschwindigkeitsreduziermechanismus kompliziert und die Kosten sind hoch.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine preisgünstige elektrische Klemmvorrichtung vorzuschlagen, ohne die mit Druckluftleitungen verbundenen Probleme, wobei ein Kniehebelmechanismus durch einen Elektromotor mit kleinem Drehmoment betätigt werden kann, welcher eine große Klemmkraft aufbringt und Energie spart.
Ferner ist angestrebt, eine elektrische Klemmvorrichtung vorzuschlagen, bei der die Klemmkraft unmittelbar vor der Klemmposition variabel einstellbar ist. Dies soll durch einfache Mittel, bspw. eine leichte Änderung von Kurvenschienenflächen erfolgen.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektrische Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Klemmvorrichtung werden ein Elektromotor, ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus, der durch eine mehrstufige Verzahnung gebildet wird, um die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors zu reduzieren, ein mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbundener Verbinder und eine Klemmarmwelle, an welcher ein mit dem Verbinder verbundener Klemmarm angebracht ist, an einem Grundkörper gehalten. Der Verbinder umfasst einen Kurbelverbinder, welcher an seinem einen Ende drehbar mit einem Kurbelgetriebe verbunden ist, welches durch ein Zahnrad der letzten Stu fe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus gebildet wird und eine Drehbewegung des Zahnrades in eine Linearbewegung umwandelt, einen Gleitstückverbinder, der drehbar mit einem vorderen Ende eines Kurbelverbinders verbunden ist und an einem mittleren Bereich so gebogen ist, dass ein Gleitstück, welches sich auf einer an dem Grundkörper vorgesehenen Kurvenschienenfläche bewegt, drehbar an dem Bogen gehalten wird, und einen Antriebshebel, der von der Klemmarmwelle vorsteht, um mit einem vorderen Ende des Gleitstückverbinders verbunden zu werden. Der Verbinder bildet einen Gelenkstangenverbinder (Kniehebel) zum stabilen Halten einer Klemmkraft des Klemmarmes zusammen mit der Kurvenschienenfläche.
Die Kurvenschienenfläche der elektrischen Klemmvorrichtung wird durch eine lineare Kurvenfläche, welche einen Großteil der Länge der Kurvenschienenfläche ausmacht, und eine gekrümmte Kurvenfläche in Form eines Bogens mit einem großen Krümmungsradius oder einer Kurve, welche sich dem Bogen annähert, in der Nähe eines Endbereiches der Kurvenschienenfläche gebildet. In diesem Fall ist die gekrümmte Kurvenfläche an einer Position vorgesehen, an welcher das Gleitstück in einem Bereich von 5° unmittelbar vor der Klemmendposition des Klemmarmes rollt. Die gesamte Kurvenschienenfläche kann auch im Wesentlichen durch eine lineare Kurvenfläche oder dgl. gebildet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Klemmvorrichtung umfasst die Vorrichtung außerdem einen Bremsmechanismus zum Halten des Klemmarmes in einem offenen Zustand, wobei der Bremsmechanismus durch einen Bremsschuh aus einem weichen Material oder vorzugsweise einem gummiartigen elastischen Körper gebildet wird, welcher so angeordnet ist, dass er teilweise zwischen Zähne eines Stirnrades mit großem Durchmesser des Geschwindigkeitsreduziermechanismus eintritt, welches mit einem Stirnrad mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, das an einer Abtriebswelle des Elektromotors befestigt ist, und durch ein Magnetventil (Solenoid) zum Antreiben des Bremsschuhs in solchen Richtungen, dass der Bremsschuh in Kontakt mit den Zähnen des Stirnrades tritt bzw. sich von diesen trennt.
Bei der elektrischen Klemmvorrichtung ist es möglich, dass ein Wellenende einer Getriebewelle des Stirnrades mit großem Durchmesser, das mit dem an der Abtriebswelle des Elektromotors befestigten Stirnrad mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, zur Außenseite des Grundkörpers gewandt ist, und dass ein Verriegelungsbereich, der mit einem Handwerkzeug gedreht wird, an dem Wellenende vorgesehen ist, so dass der Klemmarm manuell betätigt werden kann. Außerdem ist es möglich, dass ein Wellenende einer letztstufigen Getriebewelle des Geschwindigkeitsreduziermechanismus zur Außenseite des Grundkörpers gewandt ist, dass an dem Wellenende eine Anzeige vorgesehen ist, und dass eine Winkelskala zum Ablesen eines Drehwinkels der Anzeige an dem Körper vorgesehen ist, um Anzeigemittel zur Anzeige eines Drehzustandes der Klemmarmwelle zu bilden.
Die elektrische Klemmvorrichtung umfasst vorzugsweise außerdem eine Steuerung zur Steuerung der Betriebsweise der Vorrichtung, wobei ein Eingabesignalanschluss, zu welchem ein Signal zur Steuerung der elektrischen Klemmvorrichtung eingegeben wird, ein Ausgangssignalanschluss, von welchem ein Signal zur Bestätigung des Öffnens/Schließens des Klemmarmes nach außen ausgegeben wird, ein Positionssensor zum Aussenden eines Positionssignales des Klemmarmes, Einstellmittel zum Einstellen verschiedener Antriebsbedingungen, und eine Steuertafel, die Anzeigemittel zur Anzeige verschiedener Betriebszustände und abnormaler Bedingungen aufweist, über eine I/O-Schnittstelle an einen Mikroprozessor in der Steuerung angeschlossen sind, den Elektromotor, dessen Antrieb, Anhalten und Umschalten der Drehrichtung gesteuert werden, und ein Magnetventil eines Bremsmechanismus zum Halten des Klemmarmes in geöffnetem Zustand.
Da der Geschwindigkeitsreduziermechanismus nur durch mehrstufige Zahnräder gebildet wird, wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsreduziermechanismus einfach und die Kosten können reduziert werden. Da die Geschwindigkeit des Kurbelmechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung der Stirnverzahnung in die lineare Bewegung nahe dem Hubende reduziert wird, um den Schub zu erhöhen, ist es möglich, ein Werkstück mit hoher Kraft festzuklemmen, wobei der Kniehebelmechanismus durch einen Motor mit niedrigem Drehmoment betätigt wird.
Erfindungsgemäß wird der Verbinder durch den Kurbelverbinder, der mit der letzten Stufe der Stirnverzahnung verbunden ist, den Gleitstückverbinder, dessen Gleitstück sich auf der Kurvenschienenfläche bewegt, und den Antriebshebel, der mit dem vorderen Ende des Gleitstückverbinders verbunden ist, gebildet. Wenn sich der Arm von der ganz geöffneten Position zu der ganz geschlossenen Position dreht, kann das Ausgangsdrehmoment durch die Form der Kurvenschiene beliebig eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, eine geeignete Klemmkraft aufzubringen, bspw. eine plötzliche Zunahme der Klemmkraft nahe der Klemmposition trotz eines im Durchschnitt geringen Ausgangsdrehmomentes. Da die Reaktionskraft beim Klemmen des Werkstückes durch die an dem Grundkörper vorgesehene Kurvenfläche aufgenommen wird, ist es möglich, die auf den Kurbelmechanismus und den Geschwindigkeitsreduziermechanismus wirkende Reaktionskraft zu reduzieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform, gesehen von der gegenüberliegenden Seite.
3 ist eine Seitenansicht der Klemmvorrichtung von rechts in 1.
4 ist eine Vorderansicht des Aufbaus eines Innenmechanismus der Klemmvorrichtung, wobei ein Grundkörperelement abgenommen ist.
5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Geschwindigkeitsreduziermechanismus und eines Verbinders der vorliegenden Ausführungsform.
8 stellt von einer Vorderseite einen Zustand dar, in welchem ein Klemmarm ein Werkstück klemmt.
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment und der Geschwindigkeit für einen Armwinkel des Klemmarmes der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung darstellt.
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment und der Geschwindigkeit für den letzten Armwinkelbereich von 5°, bevor der Klemmarm die vollständig geschlossene Position erreicht, darstellt.
11 ist eine erläuternde Ansicht der Drehung eines Verbinders in dem letzten Armwinkelbereich von 5° (131° bis 135°) vor der Klemmposition des Verbinders.
12 ist eine erläuternde Darstellung der Drehung des Verbinders in dem letzten Armwinkelbereich von 5° (131° bis 135°), wenn die Kurvenschiene linear ist.
13 ist ein Diagramm, welches die Klemmkräfte in den Fällen der 11 und 12 in dem letzten Armwinkelbereich von 5° (86° bis 90°) vor der Klemmposition gegenüberstellt.
14 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung der Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die 1 bis 8 zeigen eine Ausführungsform einer elektrischen Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Klemmvorrichtung 1 weist einen dünnen Grundkörper 2 mit im Wesentlichen rechteckiger parallelepipedförmiger Gestalt auf. Der Grundkörper 2 besteht aus ersten und zweiten Elementen 2a und 2b mit gegenüberliegenden Wandflächen und Umfangswandflächen. Die ersten und zweiten Elemente 2a und 2b werden durch Einschrauben einer Vielzahl von Kopplungsbolzen 3b in Gewindeöffnungen 3a, die an Eckbereichen des zweiten Elementes 2b vorgesehen sind, von einer Außenseite des ersten Elementes 2a gekoppelt, um einen durch die Wandflächen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b in dem Grundkörper 2 umgebenen Gehäuseraum 4 zu bilden.
An einem Endbereich des ersten Elementes 2a des Grundkörpers 2 sind ein ausgesparter Bereich 3c zur Aufnahme eines Kopfbereiches eines Elektromotors 6 und eine Durchgangsöffnung, durch welche eine Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 eingesetzt ist, vorgesehen. Die Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 ist durch die Öffnung in den Gehäuseraum 4 in dem Grundkörper 2 eingesetzt. Der Elektromotor 6 wird befestigt, wobei sein Kopfabschnitt in den ausgesparten Bereich 3c des Elementes 2a eingesetzt ist.
In dem Gehäuseraum 4 in dem Grundkörper 2 sind, wie in den 4, 6 und 7 darstellt, ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10, welcher durch eine Vielzahl von geradverzahnten Stirnrädern gebildet wird, zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 und ein Verbinder 30, der mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 verbunden ist, aufgenommen.
Der Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 umfasst ein (geradverzahntes) Stirnrad 11 mit kleinem Durchmesser, das an der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 befestigt ist, ein (geradverzahntes) Stirnrad 12 mit großem Durchmesser, das an einer ersten Getriebewelle 21 parallel zu der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 befestigt ist und mit dem ersten Stirnrad 11 in Eingriff steht, ein (geradverzahntes) Stirnrad 13 mit kleinem Durchmesser, das an der ersten Getriebewelle 21 befestigt ist, ein (geradverzahntes) Stirnrad 14 mit großem Durchmesser, das an einer zweiten Getriebewelle 22 befestigt ist und in Eingriff mit dem Stirnrad 13 steht, ein (geradverzahntes) Stirnrad 15 mit kleinem Durchmesser, das an der zweiten Getriebewelle 22 befestigt ist, und ein (geradverzahntes), im Wesentlichen halbkreisförmiges Stirnrad 16 mit großem Durch messer, das an der dritten Getriebewelle 23 befestigt ist und mit dem Stirnrad 15 in Eingriff steht.
Da das Stirnrad 16 der letzten Stufe, mit welchem ein Kurbelverbinder verbunden ist, als Kurbelgetriebe dient, welches einen Klemmarm 44 in einem Bereich betätigt, in dem sich das Stirnrad 16 im Wesentlichen um eine halbe Umdrehung dreht, kann das Stirnrad 16 die im Wesentlichen halbkreisförmige Gestalt aufweisen, so dass die andere Hälfte der Kreisform weggelassen werden kann.
Es bedarf keiner weiteren Erwähnung, dass die Stirnräder 11 bis 16 an der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 bzw. den ersten bis dritten Getriebewellen 21 bis 23 befestigt sind. Wie in 6 dargestellt ist, werden außerdem bei den zweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23, bei welchen die Antriebskraft aufgrund der Geschwindigkeitsreduktion erhöht ist, Passfedern 17, 18 und 19 verwendet, um die Stirnräder 14 bis 16 entsprechend der Zunahme der Übertragungskraft fest mit den zweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23 zu verbinden.
Die ersten bis dritten Getriebewellen 21 bis 23 werden drehbar von Lagern gehalten, die an den gegenüberliegenden Wandflächen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind Lager 24a und 24b der ersten Getriebewelle 21 jeweils durch Öffnungen eingesetzt und befestigt, die einander in den Wandflächen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b zugewandt sind. Abdeckungen 27a und 27b, mit welchen die Durchgangsöffnungen verschlossen werden, werden durch Bolzen an den ersten und zweiten Elementen 2a und 2b befestigt. Lager 25a und 25b bzw. 26a und 26b der zweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23 werden in ähnlicher Weise in Durchgangsöffnungen eingesetzt und befestigt, die einander in den Wandflächen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b zugewandt sind. Abdeckungen 28a und 28b bzw. 29a und 29b sind an den Durchgangsöffnungen angebracht.
Daher wird die Drehung der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 von dem auf der Abtriebswelle 6a sitzenden Stirnrad 11 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 12 mit großem Durchmesser übertragen, wobei die Drehgeschwindigkeit verringert wird. Die Drehung des Stirnrades 12 wird über die Getriebewelle 21 und das Stirnrad 13 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 14 mit großem Durchmesser, das auf der zweiten Getriebewelle 22 sitzt, übertragen. Die Drehung des Stirnrades 14 wird über die Getriebewelle 22 und das Stirnrad 15 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 16 mit großem Durchmesser übertragen. Somit wird die Drehung des Elektromotors 6 auf das Stirnrad 16 der letzten Stufe übertragen, wobei die Drehgeschwindigkeit durch die mehrstufige Verzahnung wesentlich reduziert und das Drehmoment erhöht ist.
Die Verbindung 30 umfasst den Kurbelverbinder 31, dessen eines Ende über einen Stift 32 drehbar mit dem Stirnrad 16 der letzten Stufe verbunden ist (vgl. 4 und 7). Der Kurbelverbinder 31 dient der Umwandlung einer Drehbewegung des Stirnrades 16 in eine geradlinige Bewegung. Ein Ende eines Gleitstückverbinders 33 ist drehbar mit einem vorderen Ende des Kurbelverbinders 31 verbunden. Der Gleitstückverbinder 33 ist an seinem mittleren Bereich gebogen. Durch eine an der Biegung vorgesehene Kurvenfolgewelle 36 sind Kurvenfolgeelemente (Gleitstücke) 35 drehbar gehalten (vgl. 4). Das vorderer Ende des Gleitstückverbinders 33 wird durch eine Verbindungswelle 43 drehbar mit einem vorderen Ende eines Antriebshebels 41 verbunden, der von einer Klemmarmwelle 40, welche durch den Grundkörper 2 drehbar gehalten wird, vorsteht. Die Biegung des Gleitstückverbinders 33 wird durch Biegen des Gleitstückverbinders 33 um einen im Wesentlichen rechten Winkel oder einen Winkel, welcher sich dem rechten Winkel annähert, gebildet, wobei das vordere Ende des Gleitstückverbinders 33 dem vorderen Ende des Antriebshebels 41 zugewandt ist.
Wie in 7 dargestellt ist, haben die Gleitstücke 35 die Form eines Paares von Walzen, die an gegenüberliegenden Enden der Gleitstückwelle 36, welche von dem Gleitstückverbinder 33 gehalten wird, getragen werden. Der Grundkörper 2 weist einen Schienenkörper 37 mit einem Paar von Kurvenschienenflächen (Kurvenschienen) 38 auf, die mit beiden Gleitstücken 35 korrespondieren, so dass die Gleitstücke 35 entlang festgelegter Wege rollen können. Die Kurvenschienen 38 erstrecken sich in linearen Richtungen, in welchen sich das vordere Ende des Kurbelverbinders 31 bewegt. Sie sind so geformt, dass eine festgelegte Klemmkraft erreicht wird. Dies wird später näher beschrieben. Im Einzelnen kann jede Kurvenschiene 38 eine im Ganzen im Wesentlichen lineare Gestalt haben (vgl. 12) oder durch eine den wesentlichen Teil der Länge der Kurvenschiene bildende lineare Kurvenfläche 38a und eine anschließende Kurvenfläche 38b in Form eines Bogens mit großem Krümmungsradium oder einer sich dem Bogen annähernden Kurve nahe einem Endbereich (Klemmkrafterzeugungsbereich) gebildet werden (vgl. 7 und 11).
Die zur Drehung durch den Antriebshebel 41 angetriebene Klemmarmwelle 40 umfasst ein Wellenende 40a, welches von dem Grundkörper 2 vorsteht und als winklige Welle ausgebildet ist (vgl. 2). Ein Basisende des Klemmarmes 44 ist an dem Wellenende 40a befestigt (vgl. 8). Die Klemmarmwelle 40 ist über ein Paar von Lagerelementen 45a und 45b drehbar an dem Grundkörper 2 angebracht (vgl. 5). Die Lagerelemente 45a und 45b sind in Durchgangsöffnungen angebracht, die an gegenüberliegenden Positionen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b ausgebildet sind, und werden durch Abdeckungen 46a und 46b gehalten, die durch Bolzen an den Elementen 2a und 2b befestigt sind.
Bei dem wie oben aufgebauten Verbinder 30 wird die Drehbewegung als lineare Bewegung auf den Kurbelverbinder 31 übertragen, wenn das Stirnrad 16 der letzten Stufe durch den Antrieb des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 von einer in gestrichelten Linien dargestellten Positionen in einer durch einen Pfeil angedeuteten Richtung zu einer durch durchgezogene Linien dargestellten Position gedreht wird (4). Da das andere Ende des Gleitstückverbinders 33, welcher mit dem vorderen Ende des Kurbelverbinders 31 verbunden ist, mit dem an der Klemmarmwelle 40 befestigten Antriebshebel 41 verbunden ist, bewegt sich der Gleitstückverbinder 33 zu der in 4 in durchgezogenen Linien dargestellten Position, wobei die an der Biegung des Gleitstückverbinders 33 vorgesehenen Gleitstücke 35 in Kontakt mit den Kurvenschienenflächen 38 des Schienenkörpers 31 treten und an diesen entlang rollen und der Gleitstückverbinder 33 selbst sich um die Gleitstückwelle 36 dreht, wobei der Antriebshebel 41 von einer in gestrichelten Linien gezeigten Position zu einer in durchgezogenen Linien dargestellten Position gedreht wird. Hierdurch wird der Klemmarm 44 durch die Klemmarmwelle 40 angetrieben und dreht sich in einem Bereich von 135° (8).
Die durch den Kurbelverbinder 31, den Gleitstückverbinder 33 und den Antriebshebel 41 gebildete Verbindung 30 bildet eine Gelenkstangenverbindung (Kniehebel) zum stabilen Halten der Klemmkraft des Klemmarmes 44 zusammen mit den Kurvenschienen 38, auf welchen das Gleitstück 35 rollt.
8 zeigt einen Zustand, in welchem ein auf einem Klemmtisch T platziertes Werkstück W mittels der elektrischen Klemmvorrichtung 1 geklemmt wird, wobei Zustände dargestellt sind, in welchen sich der Klemmarm 44 in der Klemmposition (vollständig geschlossene Position des Klemmarmes), 3° vor dieser Position und 135° vor der Klemmposition (in einer vollständig geöffneten Position des Klemmarmes) befindet.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment und der Geschwindigkeit des Klemmarmes für Armbereiche von der vollständig geöffneten Position (0°) zu der vollständig geschlossenen Position (135°) des Klemmarmes, wenn die Kurvenschienen 38 des Schienenkörpers 37 der elektrischen Klemmvorrichtung 1 die in den 4 und 7 dargestellten Gleitflächen 38a und 38b aufweisen. 10 zeigt das Ausgangsdrehmoment und die Geschwindigkeit des Klemmarmes für den abschließenden Armwinkelbereich von 5° bevor der Klemmarm 45 die vollständig geschlossene Position erreicht, wobei die horizontale Achse den Armwinkel in vergrößertem Maßstab darstellt.
Die zur Messung des Ausgangsdrehmoments und der Geschwindigkeit verwendete elektrische Klemmvorrichtung ist die in 8 dargestellte Vorrichtung, bei welcher die Entfernung zwischen einem Klemmbereich an einem vorderen Ende des Klemmarmes 44 und dem Drehzentrum des Klemmarmes 44 76,2 mm beträgt, und die Ausgangsleistung des Elektromotors 100 W beträgt.
Gemäß 9 ist die Durchschnittsgeschwindigkeit des Klemmarmes von der vollständig geöffneten Position zu der vollständig geschlossenen Position etwa 135°/s. Nahe der vollständig geöffneten Position ist die Geschwindigkeit kleiner als die Durchschnittsgeschwindigkeit, sie erhöht sich jedoch, wenn sich der Armwinkel von der vollständig geöffneten Position vergrößert, erreicht den Maximalwert bei einem Armwinkel von etwa 90°, wird dann stark verringert bis der Arm eine Position (Armwinkel von etwa 132°) unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Position erreicht, und ist sehr niedrig aber stabil, wenn der Arm den Winkel von etwa 132° nahe der Klemmposition überschreitet (vgl. 10). Dies und die Tatsache, dass lediglich eine Sekunde erforderlich ist, um den Klemmarm von der vollständig offenen Position zu der vollständig geschlossenen Position zu drehen, sind bei der Betätigung des Klemmarmes hoch erwünscht.
Hinsichtlich des Ausgangsdrehmoments des Klemmarmes ist festzustellen, dass das Durchschnittsausgangsdrehmoment von der vollständig geöffneten Position zu der vollständig geschlossenen Position 42,4 Nm beträgt, also sehr klein ist, wobei das Drehmoment unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Position (Armwinkel von etwa 132°) stark zunimmt (vgl. 10). Diese Veränderung des Outputs ist bei dem Klemmarm hocherwünscht, da dies ermöglicht, das Werkstück mit großer Kraft zu klemmen, auch wenn der Motor klein ist und nur ein geringes Drehmoment aufbringt.
Wenn alle Kurvenschienenflächen 38 des Schienenkörpers 37 durch die lineare Kurvenfläche 38a und die gekrümmte Kurvenfläche 38b, welche durch den Bogen mit großem Krümmungsradius oder eine den Bogen annähernde Kurve gebildet wird, wie es in den 4 und 7 dargestellt ist, gebildet werden, kann das stabile und hohe Ausgangsdrehmoment unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Position des Klemmarmes 44 erreicht werden. Durch Änderung der Form der Kurvenschienenflächen 38 ist es jedoch möglich, das Ausgangsdrehmoment beliebig einzustellen. Die Kurvenschienenflächen 38 können durch Austausch des Schienenkörpers 37 leicht verändert werden.
Die 11 und 12 dienen der Erläuterung von Unterschieden des Rollzustandes der Verbindung nahe der Klemmposition und der Klemmkraft bei unterschiedlichen Kurvenschienenflächen. 11 zeigt das Rollverhalten der Verbindung in dem letzten Armwinkelbereich von 5° (131–135°) vor Erreichen der Klemmposition der Verbindung 30 in einem Fall, in welchem der Schienenkörper 37 mit den Kurvenflächen 38a und 38b der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird. 12 zeigt das ähnliche Rollverhalten der Verbindung in einem Fall, in dem lineare Kurvenschienenflächen 38 eingesetzt werden.
13 stellt die Klemmkräfte bei den Fällen der 11 und 12 einander gegenüber, wobei eine Kurve C1 die Klemmkraft im Falle der 11 darstellt, während die Kurve C2 die Klemmkraft für den Fall der 12 darstellt. In 13 hat die Kurven C1 eine ähnliche Tendenz wie die im Fall der 10, jedoch ergibt sich aus 11, dass die Klemmkraft nach dem Armwinkel von 132° im Wesentlichen konstant bleibt, weil die Kurvenschienenflächen 38 die bogenför mige Kurvenfläche 38b im Anschluss an die lineare Kurvenfläche 38a aufweisen, welche leicht gegenüber der Kurvenfläche 38a zurückgesetzt ist. Im Fall der Kurve C2 steigt die Klemmkraft von dem Armwinkel von etwa 134° aus stark an. Daraus ergibt sich, dass die Klemmkraft, d.h. das Ausgangsdrehmoment, durch leichtes Ändern der Kurvenschienenflächen beliebig eingestellt werden kann.
Als nächstes werden ein Bremsmechanismus 50, ein Handbetätigungsmechanismus 55 und dgl. für die elektrische Klemmvorrichtung 1 erläutert.
Der Bremsmechanismus 50 für die elektrische Klemmvorrichtung 1 dient dem Halten des Klemmarmes 44 in einem geöffneten Zustand. Wenn der Klemmarm 44 geöffnet ist, wird die Position des Klemmarmes 44 durch einen Positionssensor erfasst, der später beschrieben wird, und der Klemmarm 44 durch eine dynamische Bremse des Elektromotors 6 angehalten, wenn der Klemmarm 44 eine festgelegte Position erreicht. Nach dem Anhalten des Klemmarmes 44 wird dieser durch den Bremsmechanismus 50 gehalten.
Wie sich aus 4 ergibt, umfasst der Bremsmechanismus 50 eine Bremsschuh 51 aus einem weichen Material, der so angeordnet ist, dass er teilweise zwischen die Zähne des Stirnrades 12, welches mit dem ersten Stirnrad 11 des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 in Eingriff steht, eintritt, sowie ein Magnetventil (Solenoid) 52 zum Antreiben des Bremsschuhs zu und weg von den Zähnen des Stirnrades 12. Wenn der Klemmarm 44 in einem geöffneten Zustand ist, drückt der Bremsmechanismus 50 den Bremsschuh 51 gegen die Zähne des Stirnrades 12, um die Bewegung des Klemmarmes 44 zu behindern. Der Bremsschuh 51 kann bspw. durch einen gummiartigen elastischen Körper gebildet werden. Mit dem so aufgebauten Bremsmechanismus 50 ist es möglich, eine stabile Bremswirkung zu erzielen, auch wenn sich die Stoppposition des Klemmarmes 44 ändert.
Bei der elektrischen Klemmvorrichtung 1 weist die Getriebewelle 21 des zweiten Stirnrades 12, welches mit dem ersten Stirnrad 11 des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 in Eingriff steht, den Handbetätigungsmechanismus 55 zum manuellen Drehen des Stirnrades 12 auf. Der Handbetätigungsmechanismus 55 wird dadurch gebildet, dass ein Wellenende der Getriebewelle 21 einer kleinen Öffnung, die in der Abdeckung 27a des Wellenendes vorgesehen ist, zugewandt ist und indem ein Verriegelungsbereich 56, bspw. in Form einer Nut oder dgl., in welchen ein vorderes Ende eines Handwerkzeugs, bspw. eines Schraubendrehers, eingesetzt werden kann, an dem Wellenende vorgesehen wird (vgl. 4, 6 und 8). Da der Handbetätigungsmechanismus 55 an der Getriebewelle nahe dem Elektromotor 6 vorgesehen ist, ist es einfach, den Klemmarm 44 bei einem Stromausfall oder einer Fehlfunktion mit dem Schraubendreher oder dgl. manuell anzutreiben. Wenn der Klemmarm 44 bei geklemmtem Werkstück anhält, ist es bspw. möglich, den Klemmarm 44 manuell zu drehen, um den Klemmzustand aufzuheben.
Außerdem kann die elektrische Klemmvorrichtung 1 Anzeigemittel 60 zur Anzeige eines Drehzustandes des Klemmarmes 40 aufweisen, wie es in 8 dargestellt ist. Die Anzeigemittel 60 werden gebildet, indem ein Wellenende der Getriebewelle 23 des Stirnrades 16 der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 einem in der Abdeckung 29a vorgesehenen kleinen Loch zugewandt ist und indem ein Indikator 61 an dem Wellenende vorgesehen wird. Ferner ist eine Winkelskala 62 zum Ablesen eines Drehwinkels des Indikators 61 an dem Umfang des Wellenendes an dem Grundkörperelement 2a vorgesehen. Der Indikator 61 kann durch eine lineare Aussparung oder Vorsprung oder einen Pfeil, der in der Endfläche der Getriebewelle 23 ausgebildet ist, gebildet werden. Das Bezugszeichen 63 in 8 bezeichnet einen Hilfsstromzufuhranschluss.
Als nächstes wird ein Steuersystem der elektrischen Klemmvorrichtung 1 mit Bezug auf 14 erläutert.
Die elektrische Klemmvorrichtung 1 weist eine Steuerung (Controller) 70 zur Steuerung des Antriebs der Klemmarmwelle 40 durch den Elektromotor 6, des Betriebes des Bremsmechanismus 50 und dgl. und zur Ausführung erforderlicher Betriebsanzeigen auf (vgl. 4).
Zur Steuerung durch die Steuerung 70 weist die elektrische Klemmvorrichtung 1 einen Positionssensor 65 zur Erfassung einer Drehposition der Klemmarmwelle 40 nahe dem an der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 befestigten Stirnrad 11 auf. Der Positionssensor 65 erfasst die Position des Klemmarmes 44 als Pulszahl, indem die Zahl der vorbeitretenden Zähne des Stirnrades 11 gezählt wird.
Die Steuerung 70 ist mit einem unabhängig vorgesehenen Sequenzer oder dgl. über einen Inputsignalanschluss 71 und einen Outputsignalanschluss 72 verbunden (vgl. 4, in welcher ein zusammengebauter Zustand des Grundkörpers 2 dargestellt ist, und das Blockdiagramm gemäß 14, in welcher der Aufbau der Vorrichtung dargestellt ist). Ein Signal zur Steuerung der elektrischen Klemmvorrichtung 1 wird durch den Inputsignalanschluss 71 eingegeben, während ein Signal zur Bestätigung der Öffnungs-/Schließposition der Klemme durch den Outputsignalanschluss 72 abgegeben wird. Die Steuerung 70 umfasst einen Mikroprozessor, mit welchem die Anschlüsse 71 und 72 über eine I/O-Schnittstelle verbunden sind. Der Positionssensor 75 ist mit dem Mikroprozessor durch die I/O-Schnittstelle verbunden. Die Position des Klemmarmes 44 wird über die Schnittstelle an den Mikroprozessor übermittelt. Eine Steuertafel 73 ist mit dem Mikroprozessor durch die I/O-Schnittstelle verbunden. Die Steuertafel 73 weist Einstellmittel zum Einstellen verschiedener Bedingungen und Anzeigemittel zur Anzeige verschiedener Betriebszustände, abnormaler Bedin gungen und dgl. der Klemmvorrichtung 1 auf, was später im Einzelnen beschrieben wird.
Ein Spannungssensor zur Überprüfung, ob eine geeignete Spannung verwendet wird, und ein RAM-Speicher zum Speichern verschiedener Informationen sind dem Mikroprozessor hinzugefügt. Durch den Mikroprozessor werden der Antrieb, das Anhalten und das Umschalten der Drehrichtung des Elektromotors 6 über einen Motorantrieb gesteuert. Hierbei wird ein Strom zum Antreiben des Elektromotors 6 in einem Stromerfassungskreis erfasst und zu dem Mikroprozessor zurückgeführt, um den Elektromotor 6 zu regeln. Außerdem wird ein Signal zu einem Magnetventil 52 des Bremsmechanismus 50 ausgegeben, um die Drehung der Klemmarmwelle 40 durch den Motorantrieb anzuhalten.
Ein von dem Mikroprozessor zur Steuerung des Elektromotors 6 und des Magnetventils 72 an den Motorantrieb gesandtes Signal wird auf der Basis des Signals von dem Positionssensor 65, eines in den Einstellmitteln der Steuertafel 73 eingestellten Wertes, eines Signals von dem RAM-Speicher oder dem Signal von dem Inputsignalanschluss 71 ausgegeben. Bspw. wird durch das Signal von dem Positionssensor 65 festgestellt, dass der Klemmarm die Klemmposition oder eine Arm-offen-Position erreicht hat, und der Elektromotor 6 wird angehalten oder das Magnetventil 52 eingeschaltet.
Die Steuertafel 73 weist außerdem verschiedene Einstellmittel und die Anzeigemittel auf. Als Einstellmittel sind ein Öffnungsschalter 74 und Schließschalter 75, durch welcher ein Bediener den Klemmarm 44 manuell öffnet und schließt, ein Winkelwähler 76, durch welchen der Bediener einen Öffnungswinkel des Klemmarmes 44 einstellt, wenn der Klemmarm 44 zurückkehrt, ein Outputwähler 77, durch weichen der Bediener die Gesamtklemmkraft von dem offenen Zustand zu einem Zustand 5° vor dem geschlossenen Zustand des Klemmarmes 44 einstellen kann, und dgl. vorgesehen. Als Anzeigemittel sind eine Vielzahl von Anzeigelampen (lichtaussendende Dioden, LEDs) 81 bis 87 zur Anzeige von Betriebsbedingungen und abnormalen Bedingungen des Klemmarmes 44 vorgesehen. Die Anzeigelichter sind an einer LED-Tafel 67 an einer Steuerabdeckung 66, die an einer Seitenkante des Grundkörpers 2 angebracht sind, vorgesehen (vgl. 4). Das Licht der Anzeigeleuchten kann durch die Steuerungsabdeckung 66 erkannt werden. Das Anzeigelicht 81 liefert bspw. eine Anzeige durch Überwachen des Hilfsstromzufuhranschlusses, die Anzeigeleuchten 82 und 83 liefern Anzeigen durch Überwachen der Eingabe eines Offen-Signals und eines Geschlossen-Signals des Klemmarmes 44, die Anzeigeleuchten 84 und 85 liefern Anzeigen durch Überwachen des Erreichens der Offen-Position und der Geschlossen-Position durch den Klemmarm, und die Anzeigeleuchten 86 und 87 werden dazu verwendet, verschiedene abnormale Bedingungen anzuzeigen, indem sie eingeschaltet werden, ausgeschaltet werden, schnell blinken, langsam blinken oder dgl.
Wie in 4 dargestellt ist, sind in der Steuerungsabdeckung 66 an der einen Seitenkante des Grundkörpers 2 eine CPU-Platine 68, die einen Teil des Mikroprozessors bildet, und eine Antriebsplatine 69, die den Motorantrieb in der Steuerung 70 bildet, zusammen mit der LED-Platine 67 aufgenommen.
Mit der wie oben aufgebauten Steuerung 70 ist es möglich, den Elektromotor 6 und den Bremsmechanismus 70 entsprechend Programmen, die in dem RAM-Speicher gespeichert sind, zu steuern.

Claims

Elektrische Klemmvorrichtung, mit einem Elektromotor (6), einem Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10), welcher durch mehrstufige Zahnräder (11 bis 16) gebildet wird, um eine Drehgeschwindigkeit des Elektromotors (6) zu reduzieren, einem Verbinder (30), welcher mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbunden ist, und einer Klemmarmwelle (40), an welcher ein mit dem Verbinder (30) verbundener Klemmarm (44) angebracht ist, an einem Grundkörper, wobei der Verbinder (30) einen Kurbelverbinder (31), welcher drehbar an seinem einen Ende mit einem Kurbelgetriebe verbunden ist, das durch ein Zahnrad (16) der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10) gebildet wird und eine Drehbewegung des Zahnrades (16) in eine lineare Bewegung umwandelt, einen Gleitstückverbinder (33), welcher drehbar mit einem vorderen Ende des Kurbelverbinders (31) verbunden ist und an einem mittleren Bereich so gebogen ist, dass ein Gleitstück (35), welches sich auf einer Kurvenschienenfläche (38), die an dem Grundkörper (2) vorgesehen ist, bewegt, drehbar auf der Biegung gehalten wird, und einen Antriebshebel (41), welcher von der Klemmarmwelle vorsteht, um mit einem vorderen Ende des Gleitstückverbinders (33) verbunden zu werden, umfasst, und wobei der Verbinder (30) einen Gelenkstangenverbinder zum stabilen Halten einer Klemmkraft des Klemmarmes (44) zusammen mit der Kurvenschienenfläche (38) bildet.
Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenschienenfläche (38) durch eine einen Großteil der Länge der Kurvenschienenfläche (38) bildende lineare Kurvenfläche (38a) und eine durch einen Bogen mit großem Krümmungsradius oder eine sich dem Bogen annähernde Kurve gebildete gekrümmte Kurvenfläche (38b) nahe einem Endbereich der Kurvenschienenfläche (38) gebildet wird.
Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Kurvenfläche (38b) an einer Position liegt, an welcher das Gleitstück (35) in einem Bereich von 5° unmittelbar vor der endgültigen Klemmposition des Klemmarmes (44) rollt.
Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenschienenfläche (38) im Wesentlichen durch eine lineare Kurvenfläche gebildet wird.
Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitstück (35) aus einem Paar von Walzen besteht, die an gegenüberliegenden Seiten einer Gleitstückwelle des Gleitstückverbinders (33) getragen werden und sich auf der Kurvenschienenfläche (38) rollend bewegen.
Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bremsmechanismus (50) zum Halten des Klemmarmes (44) in einem geöffneten Zustand, wobei der Bremsmechanismus (50) einen Bremsschuh (51) aus einem weichen Material, welcher so angeordnet ist, dass er teilweise zwischen Zähne eines Zahnrades (12) mit großem Durchmesser des Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10}, welches mit einem an einer Abtriebswelle (6a) des Elektromotors (6) befestigten Zahnrad (11) mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, und ein Magnetventil (52) zum Antreiben des Bremsschuhs (51) in solchen Richtungen, dass der Bremsschuh (51) in bzw. außer Kontakt mit den Zähnen des Zahnrades (12) tritt, aufweist.
Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsschuh ein gummiartiger elastischer Körper ist.
Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenende einer Getriebewelle (21) des Zahnrades (12) mit großem Durchmesser des Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10), welches mit dem an der Abtriebswelle (6a) des Elektromotors (6) befestigten Zahnrad (11) mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, der Außenseite des Grundkörpers (2) zugewandt ist, und dass ein Verriegelungsbereich zur Drehung mit einem Handwerkzeug an dem Wellenende vorgesehen ist, damit der Klemmarm (44) manuell betätigt werden kann.
Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenende einer Getriebewelle (23) der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10) der Außenseite des Grundkörpers (2) zugewandt ist, dass an dem Wellenende ein Indikator (61) vorgesehen ist und dass eine Winkelskala (62) zum Ablesen eines Drehwinkels des Indikators (61) an dem Grundkörper (2) vorgesehen ist, um Anzeigemittel (60) zur Anzeige eines Drehzustandes der Klemmarmwelle (40) zu bilden.
Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerung (70) zur Steuerung der Betätigung der Vorrichtung, wobei ein Inputsignalanschluss (71), dem ein Signal zum Steuern der elektrischen Klemmvorrichtung (1) eingegeben wird, ein Outputsignalanschluss (72), von dem ein Signal zur Überprüfung des Öffnens/Schließens des Klemmarmes (44) nach außen ausgegeben wird, ein Positionssensor (65) zum Aussenden eines Signals der Position des Klemmarmes (44), Einstellmittel zum Einstellen verschiedener Antriebsbedingungen und eine Steuertafel (73) mit Anzeigemitteln zum Anzeigen verschiedener Betriebszustände und abnormaler Bedingungen mit einem Mikroprozessor in der Steuerung (70) durch eine I/O-Schnittstelle verbunden sind, wobei der Elektromotor (6), dessen Antrieb, Anhalten und Umschalten der Drehrichtung gesteuert werden, und ein Magnetventil (52) des Bremsmechanismus (50) zum Halten des Klemmarmes (44) in einem geöffneten Zustand durch einen Motorantrieb mit dem Mikroprozessor verbunden sind.