DE19808631A1 - Spannvorrichtung - Google Patents
SpannvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen oder
Greifen von Werkstücken gemäß Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Derartige Spannvorrichtungen sind insbesondere in Form
sogenannter Kraftspanner bspw. nach dem DE-GM 90 16 781.3
bekannt. Für den Betrieb solcher, zumeist im Zusam
menarbeitsverbund bspw. bei der Herstellung von Karosserien
eingesetzter Spannvorrichtungen ist in der Regel die Kenntnis
der tatsächlichen Position des Spannarmes erforderlich, wobei,
soweit bekannt, mit Hilfe sogenannter Endstellungsabfrage
schalter lediglich die beiden Extrempositionen (Öffnungs- und
Schließstellung) bestimmt werden. Bei der Spannvorrichtung nach
dem DE-GM 90 16 781 ist dafür am Antriebsglied
(Pneumatikzylinder) ein kleines, separates Gehäuse mit zwei
Endstellungsabfrageschaltern angeordnet, die von einer von oben
in das Gehäuse eingreifenden und mit der Stellmechanik verbun
denen Stellstange als sogenanntem Stellungsgeber betätigt
werden.
Bekannt sind solche Spannvorrichtungen aber auch bspw. nach der
EP 0 595 074, bei deren Gegenstand es sich allerdings nicht um
einen einarmigen Kraftspanner handelt, sondern um einen Greifer
mit zwei Greifarmen, von denen mindestens einer von einem
Antriebsglied einer Stellmechanik betätigt wird und durch diese
schwenkbar ist. Verwendung finden solche Greifvorrichtungen
insbesondere in der Robotertechnik als sogenannte Handstücke an
Roboterarmen. Auch beim Betrieb solcher Greifvorrichtungen ist
die Kenntnis der jeweiligen Position hier der Greifarme in der
Regel ebenfalls von Interesse. Dafür werden ebenfalls, was in
der genannten EP 0 595 074 nicht besonders erläutert ist, End
stellungsabfrageelemente im Bereich der Stellmechanik ange
ordnet.
Da sich Spann- und Greifvorrichtungen, abgesehen von kons
truktiven, relativ geringen konstruktiven Abweichungen, in
ihrem prinzipiellen Aufbau und ihrer prinzipiellen Funktion im
wesentlichen entsprechen, ist unter der hier gewählten
Gegenstandsbezeichnung "Spannvorrichtung" der Erfindung auch
eine "Greifvorrichtung" zu verstehen. Nachfolgend wird der
Einfachheit halber auf Spannvorrichtungen Bezug genommen.
Insbesondere aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Computern
zur Steuerung bzw. Regelung von Spannvorrichtungen haben sich
die bisher verwendeten Spannvorrichtungen mit ihren End
stellungsabfrageeinrichtungen, da sie nur Informationen wie
"Spanner geöffnet" oder "Spanner geschlossen" liefern, als
nicht mehr befriedigende Hilfswerkzeuge erwiesen, d. h., wün
schenswerte Zwischeninformationen, bspw. "Spanner 10°. . .120°
geöffnet", sind nur durch Verstellen eines der Endstel
lungsabfrageschalter zu erhalten, wobei dies zudem die manuelle
Verstellung und damit häufig die Demontage der gesamten
Spannvorrichtung erforderlich macht. Solche Zwischenin
formationen haben aber insofern ein zunehmendes Interesse
erfahren, als sich damit kontinuierliche Fertigungsprozesse
noch weitergehend rationalisieren lassen.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Spann
vorrichtungen der eingangs genannten Art bzgl. ihrer
Stellungsabfrage dahingehend zu verbessern, daß jede Position
des mindestens einen Spannarmes auf einfache Weise jederzeit
abfragbar ist.
Diese Aufgabe ist mit einer Spannvorrichtung der eingangs
genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des
Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Jede mit einer Wechselspannungsquelle bestromte Spule erzeugt
bekanntlich ein sie umgebendes Magnetfeld. Zur Verstärkung
dieses Magnetfeldes ist die Spule in der Regel mit einem
eisenhaltigen Kern versehen, der den Spulenträger bildet. Wird
nun der metallischer Geber in das Magnetfeld eingebracht, so
erfolgt in diesem Bereich eine Beeinflussung bzw. Störung des
Magnetfeldes, die sich in Rückwirkung wiederum in Form einer
Stromänderung an den Anschlüssen der Spule bemerkbar macht, und
zwar auch in Abhängigkeit davon, an welcher Stelle der Geber
das Magnetfeld stört. Mit Hilfe der Umsetz- bzw. Meßelektronik
ist in Kenntnis der Bestromungswerte der ungestörten Spule der
Ort der Störung feststellbar und damit auch die Stellung des
Spannarmes der Spannvorrichtung.
Unter "gradienten-orientiertem Wirkbereich" ist dabei zu ver
stehen, daß die mindestens eine Spule aufgrund ihrer
Ausbildung, bewirkt von der Stellung des Gebers zur Spule, ein
eindeutiges Stellungssignal für die Umsetzelektronik und damit
eine eindeutige Anzeige liefert, welche Stellung der Spannarm
der Vorrichtung einnimmt, d. h., für die Schließ- und Öffnungs
stellung und alle dazwischen befindlichen Stellungen. Für eine
derartige "Gradienten-Orientierung" gibt es für die Spule
verschiedene Ausführungsmöglichkeiten, die noch näher erläutert
werden.
Neben anderen, ebenfalls noch näher zu erläuternden, vor
teilhaften Ausführungsformen, ist ferner vorteilhaft zwecks
möglichst optimaler Erfassung des die Spule umgebenden
Magnetfeldes der Stellungsgeber in Form eines einfachen Blech
zuschnittes ausgebildet, der eine Durchgriffsöffnung für das
Stellglied und eine Durchgriffsöffnung für die Spule aufweist,
die zudem vorteilhaft mit einer dünnen, die Spule vor Kontakt
mit dem Geber und vor Beschädigung schützenden, die Magnet
feldausbildung aber nicht behindernden Hülse umgeben ist.
Ferner sind die Spule mit ihren Bestromungsanschlüssen, der
Stellungsgeber mit seinem Halter und ein Kabelanschluß in einem
in eine Aufnahmeausnehmung des Kopfstückes als Baueinheit
einsetzbaren Träger zusammengefaßt angeordnet.
Sofern es sich bei der Spannvorrichtung um einen Greifer
handelt, ist vorgesehen, die vorerwähnten Elemente in einem
seitlich am Greifer ansetzbaren, kleinen Gehäuse als Baueinheit
zusammenzufassen.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung wird nachfolgend anhand
der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 teilweise im Schnitt und in Ansicht eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvor
richtung in Form eines Kraftspanners;
Fig. 1A-1C schematisch verschieden Ausführungsformen der
Spule;
Fig. 2 im Schnitt und in Seitenansicht die als Baueinheit
in einem Träger zusammengefaßt angeordnete Spule
der Spannvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 teilweise im Schnitt und in Ansicht die Spann
vorrichtung längs Linie I-I in Fig. 1;
Fig. 4 in Seitenansicht und geöffnet eine Darstellung
gemäß Fig. 1 aber mit einer anderen Ausführungsform
der Spule;
Fig. 4A in Draufsicht die bevorzugte Ausführungsform des
Stellungsgebers;
Fig. 5 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, die erfin
dungsgemäße Spannvorrichtung in Form eines Grei
fers;
Fig. 6 in Draufsicht den Greifer gemäß Fig. 5 und
Fig. 7 teilweise im Schnitt und in Ansicht ein Detail der
Spannvorrichtung nach Fig. 6.
Die in Fig. 1, 3 und 4 und die in Fig. 5 bis 7 dargestellten
Vorrichtungen sind zwar für unterschiedliche Zwecke(Spannen/-
Greifen) bestimmt, bestehen aber im wesentlichen und nach wie
vor aus den funktionell gleichen Bauteilen, nämlich aus einem
Kopfstück 1 mit mindestens einem schwenkbar daran gelagerten
Spannarm 2, der über eine im Kopfstück 1 angeordnete
Stellmechanik 3 mit einem Antriebsglied 4 (hier Pneumatik
zylinder) verbunden ist, wobei die Stellmechanik 3 einen längs
eines Stellweges SW verstellbaren Stellungsgeber 5 aufweist,
diesen mitbewegt und im Bereich der Stellmechanik 3 Elemente
zur Stellungsabfrage des Spannarmes angeordnet sind. Die mit 3
bezeichnete Stellmechanik umfaßt bei der dargestellten
Ausführungsform insgesamt das Linearstellglied 3' des An
triebsgliedes 4, ein Zwischenglied 3'' und den Anlenkhebel
3''' für den Spannarm 2.
Für eine solche Spannvorrichtung ist nun wesentlich, daß die
Elemente zur Stellungsabfrage aus mindestens einer bestrombaren
Spule 7 gebildet sind, deren räumliche Erstreckung im
wesentlichen dem Stellweg SW das an der Stellmechanik 3, d. h.,
an deren Linearstellglied 3' angeordneten Stellungsgebers 5
entspricht, der sich in allen Stellungen der Stellmechanik 3 im
gradienten-orientierten Wirkbereich des von der Spule 7 er
zeugten Magnetfeldes befindet, wobei die Spule 7 über eine vom
Stellungsgeber 5 erzeugte Magnetfeldstörung erfassende Umsetz
elektronik E mit ihrer Stromquelle S verbunden ist.
Hierzu wird auf Fig. 1, 4 verwiesen, welche Ausführungs
beispiele Spannvorrichtung mit einem bevorzugt linear
beweglichen Stellglied 3' (Kolbenstange des Antriebsgliedes 4)
zeigen, an dem der Stellungsgeber 5 befestigt ist, der bei
Betätigung längs der dazu parallel angeordneten Spule 7 bewegt
wird.
Bezüglich der "Gradienten-Orientierung" der Spule bzw. des
Magnetfeldes wird auf die Fig. 1A bis 1C verwiesen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1A ist der Spule 7 bspw. am
oberen Ende eine zweite, in ihrer Axialerstreckung wesentlich
kürzere Spule 7' als sogenannte Referenzspule zugeordnet, die
der Umsetzelektronik E die Gradienten-Orientierung vermittelt.
Gleiches wird auch mit einer Spulenausbildung gemäß Fig. 1C
erreicht, die bzgl. ihrer Wicklung bspw. nach unten abnehmende
Steigungen aufweist. Eine solche Orientierung ist im weitesten
Sinne aber auch durch eine Ausführungsform nach Fig. 1B er
reichbar, bei der die Spule 7 aus mehreren kleinen Einzelspulen
7" besteht. Ein "Magnetfeldkontinuum" im Sinne der beiden ande
ren Ausführungsformen liegt hierbei zwar nicht vor, die
Umsetzelektronik E ist aber hierbei so gestaltet und pro
grammiert, daß sie durch die Störung im Bereich einer Spule 7"
erkennen kann, welche der Spulen gestört ist. Mit A ist ein mit
der Umsetzelektronik E verbundenes Stellungsanzeigeelement be
zeichnet und mit B ein Anschluß zur Gesamtsteuerung einer aus
mehreren Spannvorrichtungen bestehenden "Spanneranlage" bspw.
zum Festspannen von Karosserien.
Beim Kraftspanner gemäß Fig. 1 ist der metallische Stel
lungsgeber 5, hier in Form eines Ringes ausgebildet, mittels
eines aus Kunststoff bestehenden Halters 5' am linear bewegten
Stellglied 3' befestigt. Da die Spule 7 in einem aus Kunststoff
bestehenden, halbschalenförmigen Träger 10 (siehe Fig. 2)
angeordnet ist, wobei dieser Träger 10 paßgenau in eine am
Kopfstück 1 angeordnete Ausnehmung 9 einschiebbar ausgebildet
ist, ist der Halter 5' vorteilhaft, wie in Fig. 3 dargestellt,
am Stellglied 3' auf schnapp- und fixierbar ausgebildet. Eine
solche Ausführungsform ermöglicht es, daß die als komplette
Baueinheit BE ausgebildete Spule 7 einschließlich des
metallischen Stellungsgebers 5 je nach Einbauerfordernissen der
Spannvorrichtung vor Ort leicht von der einen Seite der Spann
vorrichtung herausnehmbar und in eine vorteilhaft auch auf der
anderen Seite des Kopfstückes 1 angeordnete und entsprechend
ausgebildete Ausnehmung 9' einsetztbar ist.
Abgesehen von den Ausführungsformen der Spule 7 gemäß Fig. 1A
bis 1C, sitzt bzw. sitzen diese auf einem stabförmigen
Eisenkern 14.
Zum Schutz der Spule 7 vor mechanischer Beschädigung ist diese
von einer dünnen Hülse 21 aus Kunststoff umschlossen, die bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vom in Form eines Ringes
ausgebildeten metallischen Stellungsgeber 5 umfaßt wird. Der
Spalt zwischen Stellungsgeber 5 und Hülse 21 wird dabei so
klein wie möglich bemessen.
Um die Spule 7 einerseits mit einer Wechselspannung zu
versorgen, andererseits aber auch die aufgrund eines sich
bewegenden Stellungsgebers 5 verändernde Magnetfeldstörung
"abgreifen" zu können, ist vorteilhaft, wie in Fig. 1 und 3
dargestellt, im Träger 10 die Umsetzelektronik E mit inte
griert, die, wie vorerwähnt, über einen Anschluß B mit einer
nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung bzw. Regelung
verbunden ist (siehe auch Fig. 1A bis 1C).
In Fig. 4 ist eine von der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform etwas abweichende Geber-Spulen-Anordnung (Bau
einheit BE) dargestellt, die bevorzugt wird. Bei dieser
Ausführungsform ist nur im unteren Bereich des Kopfstückes 1
der Spannvorrichtung eine Ausnehmung 9'' vorgesehen, durch die
eine nur einseitig auf einem aus Kunststoff bestehenden
sockelartigen Träger 10' frei nach oben ragende Spule 7 in die
Spannvorrichtung eingeführt wird. Diese Ausführungsform ist
insofern vorteilhaft, als der Stellungsgeber 5 auch beim Ausbau
der Spule 7 am Stellglied 3' verbleiben kann, da die Spule 7
bei Höchststellung es Gebers 5, wie dargestellt, mit ihrem
freien Ende leicht aus dem Stellungsgeber 5 herausgezogen bzw.
in diesen eingeführt werden kann. Beim Stellungsgeber 5 handelt
es sich gemäß Fig. 4A um einen einfachen Blechzuschnitt 20 von
3 bis 4 mm Stärke mit einer Durchgriffsöffnung 21 für das
Stellglied 3' und einer Durchgriffsöffnung 22 für die Spule 7.
Dieser Blechzuschnitt ist in geeigneter Weise am Stellglied 3'
fixiert, d. h., ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1
zwischen einem dem Stellgliedunter- und Oberteil eingebunden.
Damit es bei dieser Ausführungsform beispielsweise durch
Schwingungen nicht zu mechanischen Beschädigungen der Spule 7
kommt, ist vorteilhaft im Kopfstück 1, ähnlich wie bei der
Ausführungsform nach Fig. 1, eine Ausnehmung 15 vorgesehen, in
die das freie Ende der Spule 7 einsetz- und damit fixierbar
ist.
Ferner ist auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 im Träger
10' für die Spule 7 die Umsetzelektronik E, wie vorerwähnt, in
geeigneter Weise mit integriert, die jedoch in Fig. 4 nicht
besonders dargestellt ist.
Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform der
Spannvorrichtung handelt es sich um einen sogenannten Greifer,
bei dem in diesem Falle nur der Spannarm 2 gegen einen
Festspannarm 2' schenkbar ist. Die Stellmechanik 3 bedarf dabei
keiner besonderen Erläuterung, da auch bei solchen Greifern
hinlänglich bekannt. Da aber, wie aus den Fig. 6, 7
ersichtlich, diesbezüglich etwas abweichende konstruktive
Verhältnisse vorliegen bzw. gegeben sind, sind hierbei die
Spule 7 mit ihren Bestromungsanschlüssen BA, der Stellungsgeber
5 mit seinem Halter 5' und ein Kabelanschluß 8 in einem über
einem Durchgriffsschlitz 16 des Kopfstückes 1 angeordneten
Gehäuse 17 als seitlich am Kopfstück 1 angesetzte Baueinheit
BE' zusammengefaßt angeordnet.
Claims (13)
1. Spannvorrichtung, bestehend aus einem Kopfstück (1) mit
mindestens einem schwenkbar daran gelagerten Spannarm (2),
der über eine im Kopfstück (1) angeordnete Stellmechanik
(3) mit einem Antriebsglied (4) verbunden ist, wobei die
Stellmechanik (3) einen längs eines Stellweges (SW) ver
stellbaren Stellungsgeber (5) aufweist, diesen mitbewegt
und im Bereich der Stellmechanik (3) Elemente zur Stel
lungsabfrage des Spannarmes (2) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elemente zur Stellungsabfrage aus mindestens einer
bestrombaren Spule (7) gebildet sind, deren räumliche
Erstreckung im wesentlichen dem Stellweg (SW) des an der
Stellmechanik (3) angeordneten Stellungsgebers (5) ent
spricht, der sich in allen Stellungen der Stellmechanik (3)
im gradienten-orientierten Wirkbereich des von der Spule
(7) erzeugten Magnetfeldes befindet, wobei die Spule (7)
über eine vom Stellungsgeber (5) erzeugte Magnetfeldstörung
erfassende Umsetzelektronik (E) mit ihrer Stromquelle (S)
verbunden ist.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spule (7) in einem Endbereich eine zweite Spule
(7') koaxial zugeordnet ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (7) längs des Stellweges (SW) aus mehreren
hintereinander angeordneten Spulen (7'') gebildet ist, die
mit ihren gemeinsam axial zu einem Ende der Spulenanordnung
geführten Bestromungsanschlüssen (BA) separat mit der Um
setzelektronik (E) verbunden sind.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Spule (7) zum einen oder anderen Ende hin mit
zu- oder abnehmender Steigung gewickelt ist.
5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das den Stellungsgeber (5) tragende Stellglied (3') der
Stellmechanik (3) ein linear bewegliches Glied ist, zu dem
sich die Anordnung der mindestens einen Spule (7) parallel
erstreckt.
6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellungsgeber (5) die mindestens eine Spule (7)
rundum umfaßt.
7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellungsgeber (5) mittels eines Halters (5') dem
Stellglied (3') aufschnapp- und fixierbar zugeordnet ist.
8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellungsgeber (5) in Form eines Blechzuschnittes
(20) ausgebildet ist, der eine Durchgriffsöffnung (21) für
das Stellglied (3') und eine Durchgriffsöffnung (22) für
die Spule (7) aufweist.
9. Spannvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule/n (7) mit ihren Bestromungsanschlüssen (BA),
der Stellungsgeber (5) und ein Kabelanschluß (8) in einem
in eine Aufnahmeausnehmung (9) des Kopfstückes (1) als
Baueinheit (BE) einsetzbarer Träger (10) zusammengefaßt
angeordnet ist/sind.
10 Spannvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (10) als im Querschnitt im Kopfstück (1)
vorder- oder rückseitig einsetzbares und verrastbares, u-
förmiges Gehäuse (18) ausgebildet ist, zwischen dessen
Schenkeln (19) die Spule (7) angeordnet ist.
11. Spannvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (10') in Form eines Sockels ausgebildet und
auf diesem die freistehende Spule (7) mit ihrem freien Ende
in eine Ausnehmung (15) im Kopfstück (1) eingreifend
angeordnet ist.
12. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule/n (7) mit ihren Bestromungsanschlüssen (BA),
der Stellungsgeber (5) und ein Kabelanschluß (8) in einem
über einem Durchgriffsschlitz (16) des Kopfstückes (1)
angeordneten Gehäuse (17) als seitlich am Kopfstück (1)
angesetzte Baueinheit (BE') zusammengefaßt angeordnet
ist/sind.
13. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzelektronik (E) für die Stellungssignale mit
in den Baueinheiten (BE, BE') angeordnet ist.
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