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Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem durch eine Antriebseinheit für einen um eine gehäusefeste Schwenkachse um einen Winkel von 0° bis 135° bis 180° in entgegengesetzten Richtungen schwenkbeweglichen Spannarm zum Klemmen blechförmiger Bauteile gegen eine zugeordnete Widerlagervorrichtung.
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Stand der Technik
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Kniehebelspannvorrichtungen zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie sind in mannigfaltigen Konstruktionen vorbekannt. Bei den vorbekannten Bauarten klemmt der Spannarm die zu fixierenden Bauteile gegen ein Widerlager, das zum Beispiel an dem Gehäuse der Kniehebelspannvorrichtung selbst angeordnet ist. In der Fachwelt wird bei solchen Kniehebelspannvorrichtungen dieses Widerlager als „Kiefer” bezeichnet. Um unterschiedliche Bauteile zwischen Spannarm und Widerlager zu klemmen, werden in der Regel dem Spannarm und/oder dem Widerlager sogenannte Konturstücke auswechselbar zugeordnet. Das Austauschen und Ausjustieren derartiger Konturstücke ist zeitaufwendig und verursacht dadurch auch Kosten. Unterschiedlich dicke Bleche lassen sich deshalb nicht ohne Weiteres durch ein und dieselbe Kniehebelspannvorrichtung klemmen, sondern verursachen Umrüstarbeiten.
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Die
DE 199 42 390 A1 und die
DE 299 24 408 U1 zeigen eine Kniehebelschweißzange, zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem gehäuseartigen Spannkopf, und mit einem sich in axialer Verlängerung daran anschließenden Linearantrieb (durch Druckmitteldruck, vornehmlich pneumatisch abwechselnd beidseitig beaufschlagte Kolben-Zylinder-Einheit; Elektromotor; Hohlwellenmotor), der eine Kolbenstange motorisch antreibt, die den Hohlraum des Spannkopfes axial durchgreift, wobei am freien Ende der Kolbenstange innerhalb des Spannkopfes eine Kniehebelgelenkanordnung gelenkbeweglich angeordnet ist, die mit einem Spannarm gekoppelt ist, der durch den Linearantrieb abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen um eine gehäusefeste Gehäuseschwenkachse schwenkbeweglich antreibbar ist, mit einem dem Spannkopf gegenüberliegenden, als Kiefer ausgebildeten Widerlager, wobei sowohl dem Spannarm als auch dem Kiefer je mindestens eine an elektrischen Strom gesteuert anschließbare, vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte Schweißelektrode zugeordnet ist, durch die zwischen den Schweißelektroden zugeordnete Bauteile unter Vermeidung stoßartiger Beanspruchungen beim Aufsetzen der Schweißelektroden auf die Bauteile unter hohem Druck miteinander verschweißbar sind. Der Spannkopf und der Linearantrieb sind als nach außen staub- und möglichst spritzflüssigkeitsgeschützt gekapselte Bauteile ausgebildet, die miteinander zu einer handzuhabenden Baueinheit verbunden sind. Zumindest dem Kiefer mit seiner Schweißelektrode ist eine abwechselnd in beiden Richtungen antreibbare Ausgleichs- und Absenkvorrichtung zugeordnet, die ein gemeinsames und gleichzeitiges synchrones Bewegen der Schweißelektrode und des Kiefers um ein begrenztes Maß von den miteinander zu verschweißenden Bauteilen weg oder auf diese hingerichtet ermöglicht.
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Die
US 2007/0023410 A1 zeigt eine Spannvorrichtung zum automatischen Schweißen. In einem abwechselnd beidseitig mit Druckmitteldruck zu beaufschlagenden Zylinder ist ein Kolben längsverschieblich und dichtend geführt, dessen verlängerbare Kolbenstange über einen Kolbenbolzen mit einem bogenförmigen Gleitschlitz verbunden ist, der Teil eines seitlich aus einem Zylinder herausragenden Hebels bildet, der an dem Gehäuse des Zylinders um eine Schwenkachse beim Hub der Kolbenstange um ein begrenztes Maß auf- und niederschwenkbar ist. Am Ende des Hebels ist ein Widerlager angeordnet, dem eine verstellbare Schraube zugeordnet ist, die mit einer diametral gegenüberliegenden Schraube zusammenwirkt. Diese Schraube ist über einen Auslegearm mit dem Zylinder der Spannvorrichtung verbunden. Die beiden Schrauben bilden Spannkörper zum Einspannen blechförmiger Teile, die durch Schweißen miteinander verbunden werden sollen.
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Aus der
US 3,858,867 ist ein Werkzeugtisch mit Verstellkolben vorbekannt, der in der jeweils gewünschten Einstellung blockierbar ist.
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Die
US 3,998,444 zeigt einen Doppelkolben mit Zylinder, die durch Federkraft voneinander entfernt werden und die durch ein axial quer verlagertes Verriegelungselement mit keilförmigen Außenflächen gegeneinander blockierbar sind.
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Aus der
DE 16 52 769 ist eine Vorrichtung zum stufenlos einstellbaren Abstützen von Werkstücken oder dergleichen auf ihren Unterlagen vorbekannt, wobei die Unterlage ein damit lösbar verbundenes Gehäuse aufweist, mit einem in ihm angeordneten hydraulischen oder pneumatischen Stützzylinder, dessen Stützkolben über einen nach oben hinausragenden Stützansatz das Werkstück abstützt. Unterhalb des Stützzylinders ist im Gehäuse eine Querausnehmung angeordnet, in die von oben ein unterer Verriegelungsansatz des Stützkolbens hineinragt und in die von der Seite her ein Keil in Form eines Verriegelungskolbens hineinbewegbar ist. Die Stützzylinder werden abwechselnd beidseitig durch Druckmittel beaufschlagt. Ein unterhalb des Stützzylinders und ein quer dazu angeordneter Verriegelungskolben dient lediglich zur Verriegelung, nicht zur Höheneinstellung der Stützzylinder bzw. der in diesem angeordneten Kolben. Mit einer solchen Vorrichtung soll es möglich sein, ein Werkstück abzustützen und auszurichten, wobei dann lediglich der Verriegelungskopf in seine Blockierstellung, gegebenenfalls auch von Hand, bewegt werden soll.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniehebelspannvorrichtung der gattungsgemäß vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, dass innerhalb gewisser Grenzbereiche sich unterschiedliche Bauteiltypen und damit auch aus unterschiedlichen Blechdicken bestehende Karosserieteile ohne den Austausch von sogenannten Konturstücken zuverlässig klemmen lassen.
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Lösung
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Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile
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Bei einer erfindungsgemäßen Kniehebspannvorrichtung kann die relative Lage des Spannarms und des Widerlagers zueinander auf die jeweils erforderliche Spann- oder Klemmstellung, als in Abhängigkeit der jeweiligen Blechdicke, also bauteildickenabhängig, ohne Austausch von Konturstücken und ohne Demontage des Widerlagers oder sonstiger Teile, gegebenenfalls von einer zentralen Bedienungsstelle, für alle in einer Fertigungslinie angeordneten Kniehebelspannvorrichtungen, eingestellt und in der jeweiligen Position auch gleichzeitig arretiert werden. Dadurch werden Rüstzeiten für den bisher vorgesehenen Austausch von Konturstücken und sonstigen Maßnahmen für die Umstellung auf unterschiedliche Blechdicken vermieden, was sich kostengünstig auf den Fertigungsvorgang auswirkt. Das in Bezug auf den Spannarm flexible einstellbare Widerlager ermöglicht auch eine konstruktive Entkoppelung von der eigentlichen Kniehebelspannvorrichtung, da das einstellbare Widerlager zum Beispiel einer Spannerkonsole, dem Gehäuse der Kniehebelspannvorrichtung selbst, zum Beispiel dem hier angeordneten sogenannten Kiefer, oder einem sonstigen Vorrichtungsteil innerhalb einer Fertigungslinie zugeordnet werden kann. Auch ist es möglich, das flexible einstellbare Widerlager räumlich, also ohne die Bauabmessungen zu vergrößern, in dem Kiefer selbst, einer Konsole oder dergleichen anzuordnen oder Teile einer Konsole oder eines sonstigen Vorrichtungsteils selbst als flexibel einstellbares Widerlager auszugestalten. Die Spanndickeneinstellung erfolgt stufenlos. Auf diese Weise lässt sich die Kniehebelspannvorrichtung besonders feinfühlig auf die jeweiligen verwendeten Blechdicken von z. B. Karosserieteilen einstellen und in der jeweiligen Einstellung auch arretieren. Das flexible einstellbare Widerlager kann als separates in einer Vorrichtung angeordnetes Bauteil ausgebildet werden.
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
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Patentanspruch 2 beschreibt eine Ausführungsform, bei welcher das Bauteil in einer Aussparung des Kiefers der Kniehebelspannvorrichtung angeordnet ist, und zwar vorzugsweise innerhalb dessen Umgrenzungslinien, wie sie auch sonst üblich sind, wodurch sich keine Vergrößerung der Bauabmessungen ergeben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind gemäß Patentanspruch 3 die Verstellglieder der Widerlagervorrichtung als Hubstempel ausgebildet, denen auswechselbar eine Spannauflage, zum Beispiel ein Konturstück, zugeordnet ist bzw. sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt der Selbsthemmungswinkel ≦ 6° oder ≦ 3° – Patentanspruch 4.
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Gemäß Patentanspruch 5 ist dem Kiefer wenigstens ein Mikroschalter oder ein Induktivschalter zugeordnet, der bzw. die die jeweilige Hubstellung eines zugeordneten Verstellgliedes über eine Signalleitung nach außen auf einem geeigneten Anzeigegerät kenntlich machen. Dadurch lässt sich auf einem Anzeigegerät die Hubstellung genau beobachten.
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Gemäß Patentanspruch 6 ist dem beabstandeten Kolben an den Stirnseiten des Zylindergehäuses der Widerlagervorrichtung jeweils ein in Längsachsrichtung des Zylindergehäuses, vorzugsweise stufenlos, einstellbarer Anschlag oder Stoßdämpfer zugeordnet. Hierbei kann es sich um Puffer oder dergleichen, zum Beispiel um Industriestoßdämpfer handeln. Auf diese Weise lässt sich auch der Hub des betreffenden Kolbens oder der Kolben einstellen. Dies geschieht besonders feinfühlig über mit Gewinde versehenen Anschlägen mit entsprechend geringer Steigung oder durch hydraulisch oder pneumatisch einstellbare Anschläge oder Stoßdämpfer.
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Die Kniehebelspannvorrichtung nach Patentanspruch 7 zeichnet sich dadurch aus, dass das Kupplungsteil in einem orthogonal zur Längsachse geführten Querschnitt rechteckförmig oder quadratisch oder polygonförmig oder zylindrisch ausgebildet ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen – teils schematisch – veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine an einer Konsole angeordnete Kniehebelspannvorrichtung, ohne ein zu spannendes Bauteil;
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2 eine flexibel und stufenlos einstellbare Widerlagervorrichtung als ein von der Kniehebelspannvorrichtung separates Bauteil, in einer ersten Spannstellung;
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3 die aus 2 ersichtliche Widerlagervorrichtung in einer anderen Spannstellung;
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4 einen orthogonal zur Längsachse der aus den 2 und 3 ersichtlichen Widerlagervorrichtung geführten Querschnitt;
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5 eine weitere Ausführungsform in einer ersten Spannstellung und
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6 die aus 5 ersichtliche Ausführungsform in einer weiteren Spannstellung.
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In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Kniehebelspannvorrichtung bezeichnet, die im Wesentlichen aus einem Spannkopf 2 und einer Antriebseinheit 3 für einen um eine gehäusefeste Schwenkachse 4 in Richtung A bzw. B schwenkbeweglichen Spannarm 5 besteht.
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Die Antriebseinheit 3 kann zum Beispiel ein Elektromotor oder eine abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, insbesondere durch Druckluft, zu beaufschlagende Kolben-Zylinder-Einheit sein, deren Kolben mit einer nicht dargestellten Kolbenstange verbunden ist, die über eine ebenfalls nicht dargestellte Kniehebelgelenkanordnung den Spannarm 5 antreibt. Das Kniehebelgelenk kann entweder eine Totpunkstellung oder aber auch über eine Kurve oder eine Kurvenschar im Bereich der sonst üblichen Totpunktlage eine etwa gleich bleibende Spannkraft auf den Spannarm 5 übertragen (gleichfalls nicht dargestellt). Der Spannarm 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform auf nach außen aus der dem Spannkopf 2 herausgeführten quadratischen Anformungen der an sich kreisrunden, gehäusefesten Schwenkachse 4 auswechselbar angeordnet.
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Dem Spannarm 5 ist ein auswechselbares Konturstück 6 zugeordnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Kiefer, der der Kniehebelspannvorrichtung 1 und einer Konsole 8 zugeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist innerhalb der Umgrenzungslinien des Kiefers 7 eine Widerlagervorrichtung 9 angeordnet, die in 1 lediglich mit strichpunktierten Linien dargestellt ist. Die Widerlagervorrichtung 9 ist in einer Aussparung des Kiefers 7 auswechselbar angeordnet. Die Widerlagervorrichtung 9 kann aber auch je nach Anwendungsfall einem anderen Vorrichtungsteil innerhalb einer Fertigungslinie zum Klemmen von Bauteilen zugeordnet sein.
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Wie aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, weist die Widerlagervorrichtung 9 ein Zylindergehäuse 10 auf, in dem eine Zylinderaussparung 11 konzentrisch angeordnet ist. In der Zylinderaussparung 11 sind mit Abstand zueinander durch je ein Dichtungselement 12 bzw. 13 längsverschiebliche Kolben 14 und 15 angeordnet, die durch ein starres Kupplungsteil 16 funktionell einstückig miteinander verbunden sind. Das Kupplungsteil 16 verläuft mit seiner Längsachse exzentrisch zur Längsachse 17 der Zylinderaussparung 11. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Kupplungsteil 16 im Querschnitt (4) rechteckförmig gestaltet, kann aber auch eine polygonförmige oder bevorzugt eine zylindrische Ausgestaltung aufweisen.
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Das Kupplungsteil 16 treibt ein als Hubstempel ausgebildetes Verstellglied 18 an, das mit einer formmäßig dem Kupplungsteil 16 angepassten Aussparung 19 gleitbeweglich auf dem Kupplungsteil 16 formschlüssig angeordnet ist und dadurch bei der Hubbewegung der Kolben 14 und 15 und damit des Kupplungsteils 16 stufenlos in Richtung X oder Y, also orthogonal zur Längsachse 17 der Zylinderaussparung 11, beweglich und in der jeweils eingestellten Hubstellung arretierbar ist. Dem Verstellglied 18 ist ein Konturstück 20 auswechselbar zugeordnet, das mit dem Konturstück 6 des Spannarms 5 zusammenwirkt und das nicht dargestellte blechförmige Bauteil klemmt.
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Bei 21 und 22 sind Kanalanschlüsse dargestellt, durch welche ein Druckmedium des Zylinderraum des einen oder anderen Kolbens 14 oder 15 zugeführt bzw. aus diesem abgeführt werden kann. Die Steuerung geschieht durch nicht dargestellte Ventile, beispielsweise über eine entferne Steuerung, im Bedarfsfalle auch von einem zentralen Leitstand aus.
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Das Kupplungsglied 16 besteht, bevorzugt wie auch die Kolben, aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl.
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Auch das Verstellglied 18 kann aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl bestehen und ist durch ein Dichtungselement 23 druckmitteldicht abgedichtet.
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Bei 24 und 25 sind verstellbare Anschläge, die ebenfalls durch Dichtungen 26 bzw. 27 druckmitteldicht abgedichtet sind, angeordnet. Diese Anschläge 24, 25 können auch Industriestoßdämpfer oder Schraubspindeln sein, die sich von außen stufenlos verstellen lassen, um den jeweiligen Hub der Kolben 14, 15 zu begrenzen.
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Mit den Bezugszeichen 28 und 29 sind Mikroschalter oder induktive Schalter bezeichnet, die die Hubstellung des Kupplungsteils 16 und damit indirekt auch die Hubstellung des Verstellgliedes 18 detektieren. Die Werte können über ein Steckergehäuse 30 über eine nicht dargestellte Signalleitung entnommen und einem Steuerstand oder dergleichen zugeleitet werden. Die Mikroschalter oder induktive Schalter werden von entsprechenden Bauteilen des Verstellgliedes 18 bedämpft (nicht dargestellt).
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Bei der Ausführungsform nach 5 und 6 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass in Längsachsrichtung des Zylindergehäuses 10 mit Abstand zueinander zwei Verstellglieder 31, 32 mit ihren Längsachsen parallel zueinander formschlüssig auf dem Kupplungsteil 16 angeordnet sind und durch dieses Kupplungsteil 16 synchron in Richtung X bzw. Y bewegbar und in den jeweiligen Hubstellungen arretierbar sind. Den beiden stempelartigen Verstellgliedern 31 und 32 ist gemeinsam ein Konturstück 33 zugeordnet, das mit dem Spannarm 5 und dessen Konturstück 6 zusammenwirkt.
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Der Keilwinkel des Kupplungsteils 16 liegt bei allen Ausführungsformen bevorzugt unterhalb des Selbsthemmungsbereichs, ist also in der Regel kleiner als 6° oder kleiner als 3°, so dass in jeder Hubstellung Selbsthemmung zwischen dem Kupplungsteil 16 und den Verstellgliedern 18 bzw. 31, 32 besteht.
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Das patronenförmig ausgebildete Zylindergehäuse 10 mit dem Kupplungsteil 16 bzw. dem Verstellglied 18 oder den Verstellgliedern 31, 32 kann als separates Bauteil einer Kniehebelspannvorrichtung zugeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kniehebelspannvorrichtung
- 2
- Spannkopf
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Schwenkachse
- 5
- Spannarm
- 6
- Konturstück
- 7
- Kiefer
- 8
- Konsole
- 9
- Widerlagervorrichtung
- 10
- Zylindergehäuse
- 11
- Zylinderaussparung
- 12
- Dichtungselement
- 13
- Dichtungselement
- 14
- Kolben
- 15
- Kolben
- 16
- Kupplungsteil
- 17
- Längsachse
- 18
- Verstellglied
- 19
- Aussparung
- 20
- Konturstück
- 21
- Kanalanschluss
- 22
- Kanalanschluss
- 23
- Dichtungselement
- 24
- Anschlag, Stoßdämpfer
- 25
- Anschlag, Stoßdämpfer
- 26
- Dichtung
- 27
- Dichtung
- 28
- Mikroschalter, induktiver Schalter
- 29
- Mikroschalter, induktiver Schalter
- 30
- Steckergehäuse
- 31
- Steckergehäuse
- 32
- Verstellglied
- 33
- Konturstück
- A
- Konturstück
- B
- Schwenkrichtung des Spannarms 5
- X
- Hubrichtung des Verstellgliedes 18, 31, 32
- Y
- Hubrichtung des Verstellgliedes 18, 31, 32
