DE102004018195A1

DE102004018195A1 - Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie

Info

Publication number: DE102004018195A1
Application number: DE200410018195
Authority: DE
Inventors: Josef-Gerhard Tünkers
Original assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Current assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: DE102004018195B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, worunter auch Clinchwerkzeuge, Schweißwerkzeuge, Präge- und Haltewerkzeuge verstanden werden, bei denen der Antrieb beweglicher Halte- und Spannelemente (Spannarm, Prägearm oder dergleichen) über eine Kniehebelgelenkanordnung motorisch erfolgt. Bei der Erfindung ist der motorische Antrieb in demselben Gehäuse angeordnet, in dem sich auch die Kniehebelgelenkanordnung befindet. Dadurch baut die gesamte Vorrichtung außerordentlich kompakt und kurz.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem Gehäuse, in dem sich eine durch einen elektromagnetischen Linearmotor hin- und herbewegliche Kniehebelgelenkanordnung befindet, die über eine gehäusefeste Schwenkachse einen Spannarm hin- und herschwenkbar antreibt.

Kniehebelspannvorrichtungen werden gewöhnlich durch eine abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, insbesondere durch Luftdruck, zu beaufschlagende Kolben-Zylinder-Einheit angetrieben. Diese Kolben-Zylinder-Einheiten bestehen gewöhnlich aus einem Zylinder, in dem ein längsverschieblich und dichtend geführter Kolben axial verschieblich angeordnet ist, dessen Kolbenstange eine Wand abgedichtet durchdringt. Mit der Kolbenstange ist über einen Gabelkopf eine Kniehebelgelenkanordnung verbunden, über die ein Spannarm angetrieben wird, der um eine gehäusefeste Schwenkachse um ein begrenztes Winkelmaß hin und her beweglich angeordnet ist. Mit dem Spannarm kann ein sogenannter Kiefer, das ist ein am sogenannten Spannkopf oder dergleichen fest angeordnetes Widerlager zusammenwirken. Zwischen Kiefer und Spannarm werden die zu haltenden Werkstücke, in der Regel Bleche, angeordnet, die dann durch den Spannarm und den Kiefer so lange in der vorgesehenen Montagelage geklemmt gehalten werden, bis die Blechteile durch Punktschweißen, Kleben, Clinchen oder dergleichen dauerhaft verbunden sind. Selbstverständlich können derartige Kniehebelspannvorrichtungen auch für andere Zwecke zum Einsatz kommen. Aus der Fülle der Druckschriften sei zum Beispiel auf die G 93 11 132.0 verwiesen.

Zum Stand der Technik zählen auch Kniehebelspannvorrichtungen, bei denen über die Kniehebelgelenkanordnung Schweißelektroden angetrieben werden, die nicht nur die blechförmigen Bauteile halten, sondern sie nach dem Festklemmen auch sogleich durch Punktschweißen dauerhaft verbinden. Auch solche Kniehebelspannvorrichtungen fallen unter dem in diesen Anmeldungsunterlagen verwendeten Oberbegriff „Kniehebelspannvorrichtung" einschließlich sogenannter Clinchvorrichtungen. Zum Stand der Technik sei hierzu auf die DE 299 24 408.3 verwiesen.

Bekannt sind auch Kniehebelspannvorrichtungen, bei denen der Antrieb des Spannarmes über einen Elektromotor erfolgt – DE 202 03 791.6 .

Alle vorerwähnten Kniehebelspannvorrichtungen, Clinchvorrichtungen, Schweißvorrichtungen besitzen einen sogenannten Spannkopf, in dem die Kniehebelgelenkanordnung angeordnet ist und dessen Hohlraum zum Teil von einer Kolbenstange axial durchgriffen wird, die durch den Kolben oder den Elektromotor hin und her angetrieben wird. An den Spannkopf schließt sich dann der motorische Antrieb, also entweder eine Kolben-Zylinder-Einheit oder aber ein Elektromotor axial an.

Zum Stand der Technik zählen auch Kniehebelspannvorrichtungen, bei denen sogenannte Sets oder Kassetten verwendet werden, denen Sensoren zugeordnet sind, um die Stellung der Kolbenstange und damit – indirekt auch die Schwenkstellung des Spannarmes zu dedektieren und anzuzeigen – DE 30 22 376 C2 .

Die sogenannte Kassettentechnik oder Settechnik erlaubt es somit für unterschiedliche Schwenkbereiche unterschiedliche Kassetten am Lager zu halten und sie austauschbar dem Spannkopf zuzuordnen. Bei einer vorbekannten Bauart ist die Kassette in einem an der Rückseite des Spannkopfes angeordneten Längsschlitz angeordnet – DE 196 16 441 C1 .

Aus dem Stand der Technik geht auch hervor, dass in der Regel ein Teil der längsverschieblichen Kolbenstange zugeordnet ist, das die Sensoren in den Hubendstellungen der Kassette bedämpft und dadurch entsprechende Signale auslöst. Diese Signale können in eine Folgesteuerung einbezogen sein, um zum Beispiel die Druckluftzufuhr auf die eine oder andere Seite des Kolbens einer Kolben-Zylinder-Einheit zu steuern.

Aus der DE 203 05 092 U1 ist eine Arbeitsvorrichtung mit einer elektrischen Linearantriebseinheit vorbekannt, an der stirnseitig ein Arbeitskopf angeordnet ist, der mindestens ein mit dem Abtriebsteil der Linearantriebseinheit antriebsmäßig gekoppeltes bewegliches Spannelement aufweist, wobei die Linearantriebseinheit als elektrodynamischer Lineardirektantrieb ausgebildet ist. Als Antriebsvorrichtung wird auch eine Kniehebel-Spannvorrichtung dargestellt und beschrieben, bei der der Arbeitskopf einen an dem Lineardirektantrieb befestigten Grundkörper aufweist, wobei mindestens ein Spannelement als an dem Grundkörper verschwenkbar gelagerter Spannarm ausgebildet ist, der über einen Kniehebelmechanismus mit dem Abtriebsteil des Lineardirektantriebes antriebsmäßig gekoppelt ist. Es werden auch Greifvorrichtungen beschrieben, bei welchen der Arbeitskopf einen an dem Lineardirektantrieb befestigten Grundkörper aufweist, wobei mindestens ein Spannelement als an dem Grundkörper verstellbar gelagertes Greifelement ausgebildet sein soll, das mit dem Abtriebsteil des Lineardirektantriebs antriebsmäßig gekoppelt ist. Weiterhin werden Parallelgreifer, Winkelgreifer, Radialgreifer oder Dreipunktgreifer erwähnt. Die vorbekannte Arbeitsvorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Lineardirektantrieb ein mit dem Arbeitskopf bestücktes Gehäuse aufweist, in dem ein als Bestandteil des Abtriebsteils ausgeführter Läufer linear verstellbar angeordnet ist, wobei an dem Gehäuse und an dem Läufer jeweils eine von zwei antriebsmäßig zusammenwirkenden Antriebseinrichtungen vorgesehen ist, von denen die eine in Gestalt einer mehrere koaxial aufeinanderfolgende Antriebsspulen enthaltenden Spuleneinrichtung und die andere in Gestalt einer einen oder mehrere axial aufeinanderfolgende Permanentmagnete enthaltenden Magneteinrichtung ausgebildet ist und durch die das Abtriebsteil mit seine Linearbewegung hervorrufenden Stellkräften beaufschlagbar ist. Die Spuleneinrichtung soll am Gehäuse und die Magneteinrichtung am Läufer vorgesehen sein. Der Läufer weist einen ferromagnetischen Kern auf, der außen mit einem oder mehreren Permanentmagneten bestückt ist. Des weiteren ist der Kern des Läufers flach ausgebildet und an seinen beiden großflächigen Flachseiten jeweils mit mindestens einem Permanentmagneten bestückt. Am Gehäuse des Lineardirektantriebes sind an einer oder an beiden stirnseitigen Abschlusswänden mindestens ein in den Verstellweg des Läufers ragender Hubbegrenzungsanschlag vorgesehen, der in Hubrichtung des Läufers verstellbar ist. Der Hubbegrenzungsanschlag steht bezüglich der zugeordneten Abschlusswand in den den Läufer enthaltenden Gehäuseinnenraum vor. Der Lineardirektantrieb ist mit Haltemitteln ausgestattet, die durch Magnetkraft eine gehäusefeste lösbare Fixierung des Läufers in mindestens einer seiner beiden Hubendlagen hervorrufen können. Die Haltemittel können über mindestens eine Abschlusswand zugeordneten Permanentmagnetmitteln verfügen, die mit dem zumindest partiell ferromagnetischen und/oder permanentmagnetischen Läufer zu dessen lösbarer magnetischer Fixierung zusammenarbeiten. Auch bei dieser vorbekannten Bauart ist das Antriebsteil, mithin der Linearmotor, in einem an dem Spannkopf koaxial angeordneten, besonderen Gehäuse befestigt, wie dies auch bei den vorbeschriebenen zum Stand der Technik zählenden Kniehebelspannvorrichtungen der Fall ist.

Somit wird auch bei dieser letztbeschriebenen Ausführungsform wie bei allen anderen Kniehebelspannvorrichtungen, die einen motorischen Antrieb in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit oder einen Elektromotor aufweisen, die axiale Baulänge der Kniehebelspannvorrichtung erheblich vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniehebelspannvorrichtung zum Spannen, Clinchen, Kleben, Schweißen oder dergleichen, vornehmlich zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, zu schaffen, bei welcher die axialen Bauabmessungen erheblich verringert sind und keine Dichtung oder Führung für den Durchtritt eines kolbenstangenförmigen Elements von der Antriebsseite in den Spannkopf mehr gebraucht werden.

Lösung

Die Aufgabe wird durch jeden der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst.

Einige Vorteile

Bei der Erfindung wird der motorische Antrieb durch einen elektromagnetischen Linearantrieb ersetzt, der dem nur einen Gehäuse zugeordnet oder in diesem angeordnet ist. Dadurch können die Bauabmessungen gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Konstruktionen, insbesondere in axialer Richtung, erheblich verringert werden, da sich die Abmessungen praktisch auf den sonst üblichen Spannkopf reduzieren, der nun auch den motorischen Antrieb in Form eines elektromagnetischen Linearmotors mit aufnimmt einschließlich der dort angeordneten Kniehebelgelenkanordnung.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 3 bis 47 beschrieben.

Bei Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise.

In den Patentansprüchen 4 bis 9 sind vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben.

Bei U-förmig ausgestalteten Linearmotoren besteht dieser aus zwei parallel angeordneten Magnetschienen. Dabei kann die Motorwicklung sich zwischen diesen Magnetschienen befinden und wird von Linearführungen getragen. Die Motorwicklung kann eisenlos sein und in Epoxyd angeordnet werden. Dadurch ergeben sich keine Anziehungskräfte zwischen der Motorwicklung und der Magnetschiene, welche störende Querkräfte verursachen könnten. Ein schnelles Schließen des Spannarmes wird dadurch ermöglicht, weil sich in diesem Falle nur ein geringes Eigengewicht der beweglichen Teile des Linearmotors ergeben. Die Wicklung kann in diesem Fall dreiphasig ausgeführt werden, wobei der bürstenlose Motor elektronisch kommutiert wird. Die Magnete werden in einem U-förmigen Kanal angeordnet. Hierdurch ist es außerdem möglich, weitere Magnetschienen anzuordnen, um den Verfahrbereich zu vergrößern. Es ergibt sich somit in gewisser Weise eine teleskopförmige Gestaltung. Dadurch kann auf engstem Raum ein Linearmotor angeordnet werden, der einen Spannwinkel des Spannarmes von über 120 Grad, im Bedarfsfalle sogar etwa 180 Grad, ermöglicht.

Was die flachen Linearmotoren anbelangt, so sind drei verschiedene Ausführungsformen möglich, nämlich schlitzlose, eisenfreie Flachmotoren, schlitzlose eisenhaltige Flachmotoren oder geschlitzte eisenhaltige Flachmotoren, die im Bedarfsfalle zur Anwendung kommen können. Bei den schlitzlosen, eisenfreien Flachmotoren ist eine Reihe von Spulen auf einem Aluminiumsockel angeordnet. Mit Rücksicht darauf, dass in der Motorspule kein Eisen angeordnet ist, ergeben sich bei dieser Art von Motoren keine Querkräfte, wie dies auch von den U-förmigen Linearmotoren her bekannt ist. Außerdem treten keine Geschwindigkeitsschwankungen auf. Die Motorwicklung kann in unterschiedlichen Einbaulagen angeordnet werden. Daher lassen Linearmotoren dieser Art sich für einen besonders gleichmäßigen Lauf einsetzen. Da die Motoren nur eine relativ geringe Kraft erzeugen, eignen sich diese Motoren für eine erfindungsgemäße Kniehebelspannvorrichtung, besonders für solche, die relativ klein sind.

Die schlitzlosen eisenhaltigen Flachmotoren sind auf einer Eisenlamierung angeordnet und auf einem Aluminiumsockel montiert.

Bei der geschlitzten eisenhaltigen Flachmotorenkonstruktion sind die Wicklungen in eine Stahlkonstruktion eingebettet. Der Eisenkern vergrößert die Krafterzeugung des Motors – Patentansprüche 4 bis 7.

Patentansprüche 8 und 9 beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Wird eine Ausführungsform nach Patentanspruch 10 gewählt, so lassen sich Kniehebelspannvorrichtungen mit besonderem Vorteil auch in vertikaler Einbaulage verwenden.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 11 ist der Haltevorrichtung ein Hubbegrenzungsanschlag zugeordnet. Dieser kann als Industriestoßdämpfer ausgebildet sein – Patentanspruch 12.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 13 weist die Haltevorrichtung wenigstens einen Permanentmagneten auf, der einerseits so stark bemessen sein kann, dass er die beweglichen Massen im Falle eines Stromausfalls bei vertikaler Einbaulage der Kniehebelspannvorrichtung hält, andererseits aber beim Einschalten des Linearmotors in die eine oder andere Hubrichtung diese Haltekraft überwindet.

In Patentanspruch 14 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 15 ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen. Diese kann zusätzlich oder statt einer besonderen Haltevorrichtung angeordnet sein.

Bei der Kniehebelspannvorrichtung nach Patentanspruch 16 ist eine Lagemessung dem Linearmotor zugeordnet. Dadurch lässt sich – indirekt – der Schwenkwinkel eines Spannarmes dedektieren oder auf unterschiedliche Bauabmessungen steuern oder regeln, so dass sich der Spannarm an unterschiedlichen Störkanten von Bauteilen, zum Beispiel im Karosseriebau der Kfz-Industrie, vorbeibewegen kann.

Die Patentansprüche 17 bis 21 beschreiben weitere sehr vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Bei diesen ist es zum Beispiel möglich, mehrere oder eine Vielzahl von Kniehebelspannvorrichtungen einem Rechner zuzuordnen, der an einer zentralen, entfernten Kommandostelle angeordnet ist, der die unterschiedlichen Bauabmessungen von zu spannenden Bauteilen, beispielsweise im Karosseriebau der Kfz-Industrie erfasst, speichert und die verschiedenen Spannarme an den Störkanten vorbei steuert, um die Bauteile zu spannen. Hierzu können mehrere oder eine Vielzahl von Kniehebelspannvorrichtungen in eine Folgesteuerung einbezogen werden, die die einzelnen Linearmotoren von verschiedenen Kniehebelspannvorrichtungen entsprechend dem Fertigungsablauf steuert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Patentanspruch 22 dem Gehäuse ein Teil des Linearmotors, zum Beispiel der Stator desselben als insgesamt austauschbares Bauteil (Set, Kassette) zugeordnet ist.

In diesem Falle kann das Bauteil in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet sein – Patentanspruch 23.

Die Ausnehmung kann gemäß Patentanspruch 24 als sich in Hubrichtung erstreckender Längsschlitz ausgebildet sein, in der das Bauteil, zum Beispiel als der Stator des Linearmotors auswechselbar angeordnet ist.

Diese Ausnehmung kann sich gemäß Patentanspruch 25 an der Rückseite des Gehäuses befinden.

Auf diese Weise ist es möglich, für unterschiedliche Anwendungsfälle auch unterschiedliche Bauteile, zum Beispiel Statoren am Lager bereit zu halten, um sie bei Wartungsarbeiten, Reparaturen oder in unterschiedlichen Anwendungsfällen leicht und schnell austauschen zu können.

Patentanspruch 26 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, was auch für Patentanspruch 27 gilt.

Wird eine besondere Kühlung des Linearmotors verlangt, so kann dies gemäß Patentanspruch 28 geschehen, bei welcher das Gehäuse mit die Wandung durchdringenden Öffnungen versehen ist, so dass ein Luftaustausch möglich ist. Zusätzlich oder statt dessen kann aber auch gemäß Patentanspruch 29 ein Bauteil des Linearmotors, zum Beispiel der Stator, mit einer Kühlprofilierung (Kühlrippen) versehen sein.

Die Patentansprüche 30 bis 33 beschreiben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, was auch für die Patentansprüche 34 bis 36 gilt.

Vorteilhafterweise sind gemäß Patentanspruch 37 die zur Aufnahme von gewissen Bauteilen des Linearmotors bestimmten Ausnehmungen oder Durchbrechungen am Gehäuse auch so ausgestaltet, dass sie gleichzeitig zum Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem vom Gehäuse umschlossenen Innenraum, in dem sich Kniehebelgelenkanordnungen und ein Teil des Linearmotors befinden, dienen können. Im Bedarfsfalle ist es aber auch möglich, diese Ausführungen durch Blindstopfen oder dergleichen zu verschließen.

Der bewegliche Teil des Linearmotors kann zusammen mit einem Teil der Kniehebelgelenkanordnung in Schlitzen oder Nuten geführt werden, die sich in Hubrichtung erstrecken. Zur Reduzierung und spielfreien Führung können Rollen vorgesehen sein, die sich auf Schwenkachsen befinden. Die Rollen und die Achsen sind vorteilhafterweise wälzlagergelagert. Die Wälzlager können als Nadellager ausgebildet sein – Patentansprüche 38 bis 40.

Patentanspruch 41 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform. Einzelheiten sind aus der DE 297 13 944.4 hinsichtlich der Kurvengestaltung zu entnehmen, was auch für die Ausführungsform nach den Patentansprüchen 42 und 43 gilt.

Die Ausführungsformen nach den Patentansprüchen 44 und 45 ermöglichen eine unterschiedliche Anordnung der Kniehebelspannvorrichtung im Raum.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 46 ist das Gehäuse flachoval ausgebildet. Unter „flachoval" kann ein in einem orthogonal zur Längsachse des Gehäuses geführten Querschnitt mindestens außen, vorteilhafterweise aber auch innen und außen durch elliptische Wände begrenzter Körper verstanden werden.

Gemäß Patentanspruch 47 ist das Gehäuse bevorzugt innen und außen durch Wände begrenzt, die Teile eines Rechteckes darstellen. Die langen Seiten verlaufen parallel oder im wesentlichen parallel zueinander, während die Schmalseiten des Rechteckes durch Kreisbögen oder sonstige Kurven begrenzt sind, wodurch sich eine annähernd flachovale Gestaltung ergibt. Derartige Kniehebelspannvorrichtungen lassen sich besonders vorteilhaft unter beengten Raumverhältnissen verwenden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel – teils schematisch – veranschaulicht. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine als Kniehebelspannvorrichtung ausgebildete Vorrichtung gemäß der Erfindung und
2 und 3 Querschnitte.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse bezeichnet, das bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei Gehäuseteilen besteht, die sandwichartig und damit möglichst fugendicht aufeinanderliegen. Die Gehäuseteile können als Gehäusehälften ausgebildet sein und einen Innenraum 2 begrenzen, in dem die noch zu beschreibenden Teile angeordnet sind. Die Gehäuseteile, die das Gehäuse 1 bilden, können zusätzlich durch eine nicht dargestellte umlaufende Dichtung oder durch mehrere Dichtungen zusätzlich abgedichtet sein, statt dessen ist es aber auch möglich, die sandwichartig aufeinanderliegenden Gehäuseteile so genau oberflächenmäßig zu bearbeiten, dass sie möglichst dicht aneinander anliegen.
Dem Gehäuse 1 ist eine Schwenkachse 3 zugeordnet, auf der ein Spannarm 4 in Richtung A bzw. B schwenkbeweglich angeordnet ist. Mittels des Spannarmes 4 lassen sich nicht dargestellte Bauteile, zum Beispiel blechartige Teile von Karosserien im Kfz-Bau, spannen und so lange fixieren, bis sie dauerhaft, zum Beispiel durch Kleben, Clinchen oder durch Punktschweißen, miteinander verbunden sind. Ein mit dem Spannarm 4 zusammenwirkendes Widerlager, zum Beispiel ein sogenannter Kiefer, sind nicht dargestellt. Dieses Widerlager kann mit dem Gehäuse 1 einstückig verbunden sein. Statt eines Spannarmes 4 kann hier auch eine Schweißelektrode oder zwei gegeneinander durch das Kniehebelgelenk bewegliche Schweißelektroden vorgesehen sein, durch die die zwischen den Elektroden einzuklemmenden Bauteile durch Punktschweißen dauerhaft miteinander zu verbinden sind.
Des weiteren ist es denkbar, dem Spannarm ein Clinchwerkzeug zuzuordnen oder eine Prägevorrichtung, durch die zum Beispiel Bauteilnummern dauerhaft in das betreffende Bauteil, zum Beispiel eine Wagennummer oder dergleichen eingeprägt werden können.
Das bedeutet somit, dass die dargestellte Kniehebelspannvorrichtung nur als Beispiel für eine über eine Kniehebelgelenkanordnung 5 anzutreibende Spann- oder Haltevorrichtung dient. Die Kniehebelgelenkanordnung kann die übliche von Kniehebelspannvorrichtungen bekannte Ausbildung besitzen. Über die Kniehebelgelenkanordnung 5 wird der Spannarm 4, die entsprechende Schweißelektrode oder die Schweißelektroden, ein Clinchwerkzeug, ein Prägewerkzeug oder dergleichen, angetrieben.
Der Hubantrieb der Kniehebelgelenkanordnung 5 geschieht mittels eines Linearmotors 6, der als elektromagnetischer Linearmotor ausgebildet ist. Derartige elektromagnetische Linearmotoren sind prinzipiell bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Stator 7 und einem beweglichen Linearmotorteil 8. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Stator 7 dem Gehäuse 1 zugeordnet, während der bewegliche Linearmotorteil 8 der Kniehebelgelenkanordnung 5 zugeordnet ist.
Der Stator 7 kann durch eine Ausnehmung in der Wand 9 in das Gehäuse 1 eingesetzt sein, was von außen geschehen kann. Diese Ausnehmung ist bei der dargestellten Ausführungsform als Längsschlitz ausgebildet, der sich in Hubrichtung des beweglichen Linearmotorteils 8 T bzw. E erstreckt. Der Stator 7 dichtet die schlitzförmige Ausnehmung nach außen hin weitgehend gegen Schmutz und Feuchtigkeit, mithin fugendicht, ab. Dies kann entweder durch die Wandungen des Stators 7 mit den entsprechenden Wandungen der Ausnehmung durch unmittelbaren Wandkontakt, oder aber durch zusätzliche, nicht dargestellte Dichtungen oder wenigstens ein Dichtungselement, geschehen.
Das bewegliche Linearmotorteil 8 ist bei der dargestellten Ausführungsform durch in gegenüberliegenden Wandungen des Gehäuses 9 angeordnete Längsnuten 10, 11 in Richtung T bzw. E reibungsarm geführt. Dies kann über Rollen 12 geschehen, die wälzlagergelagert sind. Als Wälzlager kommen zum Beispiel Nadellager oder andere geeignete Wälzlager in Betracht. Das Linearmotorteil kann über ein Getriebeelement, z. B. einen Lenker, über z. B. eine Schwenkachse mit der Kniehebelgelenkanordnung 5 getrieblich oder direkt mit dieser über eine Schwenkachse oder dergleichen getrieblich verbunden sein.
Wie man erkennt, erstreckt sich der Stator 7 in Hubrichtung T bzw. E. In den Stator 7 integriert sein kann ein im einzelnen nicht dargestellter Mikroprozessor, der lernfähig ist. Lernfähig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass durch ein- oder mehrmaliges Ansteuern einer vorgegebenen Position der Mikroprozessor entsprechend programmiert werden kann, damit er die entsprechende Hubstellung abspeichert und fixiert. Auf diese Weise ist es möglich, den Schwenkwinkel des Spannarmes 4, von Schweißelektroden, Clinchwerkzeugen oder dergleichen stufenlos und damit beliebig zu verändern. Dies kann über einen PC (nicht dargestellt) geschehen. Bedämpft wird der Mikroprozessor durch ein Schaltelement 13, das dem beweglichen Linearmotorteil 8 zugeordnet ist und bei dem Hub in Richtung T bzw. E mitgenommen wird und die entsprechenden dem Stator 7 zugeordneten Elemente des Mikroprozessors bedämpft und dadurch gewisse Schaltfunktionen auslöst, zum Beispiel die Klemmstellung und die Offenstellung des Spannarmes 4 oder dergleichen optisch und/oder akustisch, auch entfernt, zum Beispiel auf einem Bildschirm, anzeigt.
Die Schaltimpulse können in eine Folgesteuerung einbezogen sein, so dass der Linearmotor 6 über elektrische Leitungen 14 bzw. 15 seine elektrische Energie bekommt oder diese abgeschaltet wird. Dem Linearmotor kann ein Bremsteil oder Halteteil zugeordnet sein, um die Kniehebelgelenkanordnung 5 in der jeweils gewünschten Schwenkstellung des Spannarms oder dergleichen zu blockieren oder zu fixieren. Vorliegend ist der Linearmotor 7 so ausgebildet, dass er die Kniehebelgelenkanordnung 5 etwas über Totpunktlage fährt, so dass die Anordnung selbsthemmend ist. Es ist aber auch möglich, die Führung für die Kniehebelgelenkanordnung kurvenmäßig zu gestalten, wie dies in der DE 297 13 944.4 dargestellt und beschrieben ist. Das würde bedeuten, dass die Kniehebelgelenkanordnung nie eine Übertotpunktlage ansteuert.
Die Führungsschienen für die relativ zueinander beweglichen Linearmotorenteile sind im einzelnen nicht dargestellt; sie können die übliche von elektromagnetischen Linearmotoren her bekannte Ausbildung besitzen. Diese Führungsschienen fixieren die Position der Motorwicklung im Magnetfeld zur Magnetschiene. Es können auch Servorotationsmotoren (nicht dargestellt) zur Positionsbestimmung mit Encodern ausgestattet sein. Bei Verwendung eines Linearencoders wird die Position zum Beispiel direkt an der Last, vorliegend zum Beispiel an dem Hubweg des der Kniehebelgelenkanordnung 5 zugeordneten Getriebeteils, gemessen, was indirekt dem Schwenkwinkel des Spannarms (4) oder dergleichen entspricht. Da sich bei elektromagnetischen Motoren entweder die Motorwicklung oder die Magnetschiene bewegen kann, ist dies auch bei der Erfindung möglich, so dass die entsprechenden Linearmotorteile gegeneinander austauschbar sind. Zur Positionierbestimmung kann eine bewegliche Motorwicklung und eine statische Bahn in Betracht kommen. Linearmotoren können aber auch mit einer beweglichen Bahn und einer statischen Motorwicklung verwendet werden. Wird ein Motor mit beweglicher Motorwicklung verwendet, ist das Gewicht der Wicklung im Verhältnis zur Last gering. Allerdings werden bei elektromagnetischen Linearmotoren flexible Kabel (nicht dargestellt) zur Anwendung gebracht, da sich die bewegliche Motorwicklung entsprechend anpassen muss. Bei einem System mit beweglicher Schiene muss der Motor die Last sowie die Masse der Magnetschiene dagegen bewegen, was keinen Verdrahtungsaufwand mit Kabelschlepp erforderlich macht. Da bei elektromagnetischen Motoren der Motor direkt die hinzugeführte Energie in lineare mechanische Kraft umsetzt, vorliegend auf den Kniehebelgelenkanordnungen 5 einwirkt, sind Verluste durch Elastizitäten, Verwindungen oder sonstige Verformungen nicht zu befürchten.
Statt zusätzlicher Sensoren zur Bestimmung der Endstellungen und damit indirekt des Spannwinkel des Spannarmes oder dergleichen können bei einem Linearmotor Größen wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Positionierung und Kraft so programmiert werden, dass sie den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen gerecht werden. Das bedeutet somit, dass man durch Programmierung der Steuerung für den Linearmotor exakt festlegen kann, wo und wann der Linearmotor startet und wie die Beschleunigung oder Dämpfung des beweglichen Teils erfolgen soll. Zusätzlich kann aber auch ein Endhublagenstoßdämpfer zur Anwendung gelangen, falls dies nach den Betriebsbedingungen erforderlich oder notwendig erscheint. Da elektromagnetische Linearmotoren unempfindlich gegen Verschmutzung und Kühlemulsion sind, lassen sich solche Antriebe auch in einem Gehäuse anwenden, das zum Beispiel verschiedene Öffnungen zum wahlweisen Positionieren des betreffenden Statorteils des Linearantriebes aufweist. Die dann nicht benutzten Öffnungen können zum Luftaustausch dienen, um den Linearmotor entsprechend zu kühlen.
In der Zeichnung ferner nicht dargestellt sind zum Beispiel magnetische oder mechanische Haltevorrichtungen, um bei vertikalem Einbau eine zusätzliche Sicherheit gegen Herunterfallen der Last zu gewährleisten, falls es zu einem Stromausfall kommen sollte.
Die Bezugszeichen 16 und 17 bezeichnen Stoßdämpfer. Diese können aus gummiähnlichem Kunststoff bestehen oder als Industriestoßdämpfer ausgebildet sein.
Die in der Zusammenfassung, 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.

1: Gehäuse
2: Innenraum
3: Schwenkachse
4: Spannarm, Schweißelektrode, Clinchwerkzeug, Prägewerkzeug
5: Kniehebelgelenkanordnung
6: Linearmotor
7: Stator
8: Linearmotorteil, bewegliches
9: Wand, Gehäuse
10: Längsnut
11: Längsnut
12: Rolle
13: Schaltelement
14: Leitung, elektrische
15: Leitung, elektrische
16: Stoßdämpfer
17: Stoßdämpfer
A: Schwenkrichtung des Spannarmes 4
B: Schwenkrichtung des Spannarmes 4
E: Hubrichtung
T: Hubrichtung

Claims

Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem Gehäuse (1), in dem sich eine durch einen elektromagnetischen Linearmotor (6) hin- und herbewegliche Kniehebelgelenkanordnung (5) befindet, die über eine gehäusefeste Schwenkachse (3) einen Spannarm (4) hin- und herschwenkbar antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Linearmotor (6) demselben Gehäuse (1) wie die Kniehebelgelenkanordnung (5) zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem Gehäuse (1), in dem sich eine durch einen elektromagnetischen Linearmotor (6) hin- und herbewegliche Kniehebelgelenkanordnung (5) befindet, die über eine gehäusefeste Schwenkachse (3) einen Spannarm (4) hin- und herschwenkbar antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Linearmotor (6) in demselben Gehäuse (1) wie die Kniehebelgelenkanordnung (5) angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (7) des elektromagnetischen oder elektrodynamischen Linearmotors (6) dem Gehäuse (1) und der hubbewegliche Teil (8) des elektromagnetischen Linearmotors (6) der Kniehebelgelenkanordnung (5) getrieblich zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (6) als U-förmiger Linearmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor als flacher Linearmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor als schlitzloser eisenhaltiger Flachmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor als geschlitzter eisenhaltiger Flachmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (6) als Synchron-Längsmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor als Drehstrom-Asynchron-Linearmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor (6) eine Haltevorrichtung oder mehrere zugeordnet sind, die insbesondere die relativ zueinander beweglichen Teile des Linearmotors in seinen Endstellungen bremsen und halten bzw. arretieren.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Haltevorrichtung einen Hubbegrenzungsanschlag aufweist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Hubbegrenzung jeweils mit einem Stoßdämpfer versehen ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltevorrichtung wenigstens ein Permanentmagnetelement zugeordnet ist, dessen Haltekraft so bemessen ist, dass einerseits die beweglichen Massen des als elektrodynamischer Lineardirektantrieb ausgebildeten Linearmotors auch bei vertikalem Einbau der Kniehebelspannvorrichtung in der gewünschten Lage arretierbar oder haltbar sind, andererseits aber die Antriebskraft des Linearmotors schon beim Anfahren ausreicht, diese Haltekraft zu überwinden.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung mit dem Gehäuse verbunden ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem dem Gehäuse (1) zugeordneten Linearmotorteil (Stator) oder dem hubbeweglichen Teil des Linearmotors eine Bremsvorrichtung zugeordnet ist, die sich in Hubbewegung des Linearmotors erstreckt.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor eine Lageregelung mit Lagemessung am Linearmotor zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor eine Lageregelung mit Direktmessung über Linearmaßstab oder Rotationsgeber zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor eine Drehmomentregelung zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Linearmotor ein Positionsinterface für Lageregelung, Geschwindigkeitsregelung und feldorientierte Stator-Strom-Regelung zugeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebelspannvorrichtung in eine Folgesteuerung einbezogen ist, und dass eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kniehebelspannvorrichtungen gemeinsam an einem gemeinsamen zentralen Antriebsrechner angeschlossen sind, der die Lageregelung, Geschwindigkeitsregelung und ggf. feldorientierte Stator-Strom-Regelung der einzelnen einem bestimmten Kniehebelspannvorrichtung zugeordneten Linearmotoren überwacht.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäuse (1) zugeordnete Teil des Linearmotors (6) als insgesamt austauschbares Bauteil (Set; Kassette) ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in eine Ausnehmung (9) des Gehäuses (1) von außen aus zugänglich angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) als sich in Hubrichtung (T bzw. E) erstreckender Längsschlitz ausgebildet ist, in der das Bauteil (7) auswechselbar angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) an der Rückseite des Gehäuses (1) angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 22 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auswechselbare Bauteil (7) des Linearmotors (6) die Ausnehmung (9) gegen Schmutz und Feuchtigkeit weitgehend gegenüber dem von dem Gehäuse (9) umschlossenen Innenraum (2) abdichtet, in der sich die Kniehebelgelenkanordnung (9) sowie zumindest Teile des Linearmotors (6) befinden.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 22 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auswechselbare Teil des Linearmotors mit den äußeren Umrisskanten des Gehäuses fluchtend abschließt und dass sich im übrigen sämtliche Teile des Linearmotors innerhalb des Gehäuses (1) befinden.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit die Wandungen des Gehäuses durchdringenden Öffnungen zur Kühlung des Linearmotors versehen sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von außen sichtbarer Bauteil des Linearmotors mit einer Kühlprofilierung versehen ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor mit einer dreiphasigen bürstenlosen Konstruktion versehen ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor mit einer mit Bürsten ausgestatteten Kommutierung versehen ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor als Doppelkamm-Linearmotor ausgebildet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor mit interner Kühlung ausgestattet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung für die relativ zueinander beweglichen Linearmotorteile gleichzeitig der Schwenkwinkelbestimmung des Spannarms dient.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Linearantriebs in Hubrichtung neben der Längsmittenachse des Gehäuses (1) angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Kniehebelgelenkanordnung getrieblich verbundene hubbewegliche Teil des Linearmotors koaxial zu einem mit der Kniehebelgelenkanordnung über eine Schwenkachse verbundenen Getriebeelement angeordnet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen zum Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem von dem Gehäuse umschlossenen Innenraum in ihren Abmessungen so bestimmt sind, dass sie den Stator des Linearmotors aufnehmen können.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hubbewegliche Teil des Linearmotors und/oder das damit verbundene Getriebeelement, das die Kniehebelgelenkanordnung antreibt, über auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordneten Rollen oder Rollenpaaren in Längsnuten der gegenüberliegenden Gehäusewandungen in Hubrichtung reibungsarm geführt sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen wälzlagergelagert sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager als Nadellager ausgebildet sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 38 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten im Bereich der sonst vorhandenen Totpunktlage des Kniehebelgelenkes gleichsinnig kurvenförmig ausgebildet sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurven nach einer von einem Kreisbogen oder von mehreren Kreisbögen abweichenden Gesetzmäßigkeit verlaufen.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurven derart ausgebildet sind, dass sich nach dem Ansteigen der Spannkraft, die über die Kniehebelgelenkanordnung auf den Spannarm einwirkt eine gleiche oder annähernd gleichbleibende Spannkraft über einen gewissen Wegbereich (Hub in Spannrichtung) ergibt.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gehäuse (1) an mindestens vier es begrenzenden Außenseiten Anordnungen für Haltevorrichtungen, insbesondere Konsolen, zugeordnet sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtungen als schwalbenschwanzartige Ausnehmungen ausgestattet sind, die mit Haltekonsolen bedarfsweise kuppelbar sind.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse, insbesondere an seiner Innen- und Außenseite – flachoval gestaltet ist.
Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse auf gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise innen und außen – durch Wände begrenzt ist, die Teile eines Rechtecks bilden, wobei die langen Seiten parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufen, während die Schmalseiten des Rechteckes durch Kreisbögen oder andere Kurven miteinander verbunden sind.