DE69316626T2 - Spannzwinge - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Spannzwingen, wie sie dazu benutzt werden, zwei Gegenstände beispielsweise zum Verkleben zeitweise miteinander zu verspannen oder um ein Werkstück zum Schweißen oder für einen anderen Vorgang festzuhalten, und insbesondere auf eine schneliwirkende Spannzwinge, bei der der bewegliche Backen zur Aufnahme eines Werkstückes rasch verstellt werden kann.
- Spannzwingen unterschiedlichster Formen sind alt und bekannt. Ein relativ neuer Vorschlag im Stand der Technik ist die schnellwirkende Spannzwinge, die in den U.S. Patenten 4,926,722 und 5,005,449 offenbart ist und die von der Pertersen Manufacturing Co., Inc., als ihre "Quick-Grip"-Spannzwinge vertrieben wird. Die Spannzwinge hat einen beweglichen Backen, der sich sowohl über kurze wie auch lange Strecken rasch bewegen läßt, um ein Werkstück einzuspannen, und der mit einer Hand betätigbar ist. Der bewegliche Backen ist mit einem Ende einer beweglichen Gleitstange verbunden, und ein feststehender Backen ist an der Gleitstange durch eine Abstützkonstruktion mit einem Trigger-Handgriff ab gestützt, der an der Gleitstange lösbar angreift und den beweglichen Backen in Richtung auf den feststehenden Backen bewegt. Der Trigger-Mechanismus bildet einen Einwegantrieb, der normalerweise verhindert, daß sich die Gleitstange und der bewegliche Backen von dem feststehenden Backen wegbewegen; der bewegliche Backen kann in der entgegengesetzten Richtung nur dann bewegt werden, wenn der Einwegantriebsmechanismus gelöst ist.
- Ein Nachteil der "Quick-Grip"-Spannzwinge besteht darin, daß, wenn die Backen anfangs an einem Werkstück festgespannt sind, die Hand aufgrund der Konstruktion des Hebelmechanismus keine ausreichende Kraft auf den Trigger- Handgriff ausüben kann, um den beweglichen Backen um ein weiteres Inkrement zu verschieben, mit der Folge, daß die Spannzwinge keine ausreichende Kraft zum Verspannen zweier Gegenstände aufbringen kann.
- Bei anderen vorbekannten Ausführungsformen von Spannzwingen ist der bewegliche Backen vollständig gelöst und frei, sich auf einer oder mehreren Gleitstangen zu bewegen, bis letztlich ein Gegenstand zwischen dem beweglichen Bakken und dem feststehenden Backen eingespannt ist, was ihre Benutzung umständlich und ungenau macht.
- Es besteht somit ein Bedarf an einer Spannzwinge mit einem beweglichen Backen, der sich von jedem Punkt einer Gleitstange rasch wegbewegen läßt, um ein Werkstück gegen einen feststehenden Backen festzuspannen, und die in der Lage ist, große Spannkräfte zu erzeugen.
- Das Dokument DE-A-1 301 762 offenbart eine Spannzwinge mit einer längsverlaufenden Gleitstange, einem feststehenden Backen, der an einem Ende der Gleitstange abgestützt ist, und einem beweglichen Backen, der an der Gleitstange zwecks Bewegung in Richtung auf den feststehenden Backen und weg von diesem gelagert ist.
- Das Dokument DE-A-2 413 816, das als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird und von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, offenbart eine ausfahrbare Spannfeder, die dazu dient, einen beweglichen Backen in Richtung eines feststehenden Backens zu ziehen.
- Die vorliegende Erfindung schafft eine handbetätigte schnellwirkende Spannzwinge mit einer längsverlaufenden hohlen Gleitstange U-förmigen Querschnitts; einem feststehenden Backen mit einer Spannfläche, der an einem Ende der Gleitstange befestigt ist; und einem beweglichen Backen mit einer Spannfläche, der auf der Gleitstange gleitend gelagert ist, um in Richtung auf den feststehenden Backen sowie weg von diesem bewegt werden zu können; dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine an einem der Backen abgestützte, teilweise abgewickelte ebene Rollfeder aufiveist, die sich in das Innere der Gleitstange erstreckt und mit einem freien Ende an dem anderen der Backen befestigt ist, um die Spannfläche des beweglichen Backens normalerweise in Richtung auf die Spannfläche des feststehenden Backens zu ziehen, wobei die Spannung der Feder im wesentlichen über den größten Bewegungsbereich des beweglichen Backens im wesentlichen konstant ist, so daß, wenn die Backen entgegen der Spannung der Feder zur Aufnahme eines Werkstückes ausreichend weit auseinandergezogen wurden und hierauf einer der Backen losgelassen wird, die Feder den beweglichen Backen in Richtung auf den feststehenden Backen bewegt, um das Werkstück zwischen ihren Spannflächen mit einem Druck einzuspannen, der allein der Spannung der Feder entspricht; und Mittel, die an dem beweglichen Backen abgestützt sind, um den beweglichen Backen mit der Gleitstange lösbar in Anlage zu bringen, wobei diese Mittel nach anfänglicher Einspannung eines Werkstückes allein durch die Spannung der Rolifeder durch einen Benutzer betätigbar sind und bei Betätigung den Spanndruck gegenüber dem der von der Spannung der Feder allein herrührenden, erhöhen.
- Bei der schnellwirkenden Spannzwinge gemäß dieser Erfindung läßt sich der bewegliche Backen rasch in beiden Richtungen auf der Gleitstange verschieben. Der bewegliche Backen kann rasch und präzise aus jeder Stellung in Richtung auf den feststehenden Backen bewegt werden und hält sich selbst an einem Werkstück unabhängig von der Ausrichtung der Spannzwinge. Dies bietet die Möglichkeit, daß die schnellwirkende Spannzwinge sich zunächst selbst hält, so daß beide Hände des Benutzers frei sind.
- Ein spezielles Ausführungsbeispiel einer schnellwirkenden Spannzwinge gemäß dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer schnellwirkenden Spannzwinge gemäß dieser Erfindung ist, die in Spannanlage mit einem Werkstück gezeigt ist;
- Fig. 2 eine Seitenansicht der Spannzwinge der Fig. 1 ist;
- Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 ist;
- Fig. 3A eine Schnittansicht entlang der Linie 3A-3A in Fig. 1 ist;
- Fig. 4 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht ist, die die Winkelstellung des beweglichen Backens relativ zu der Gleitstange zeigt, wenn die Antriebsmittel nicht in Eingriff stehen; und
- Fig. 5 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht ist, die die Winkelstellung des beweglichen Backens relativ zu der Gleitstange zeigt, wenn die Antriebsmittel eingerückt sind.
- Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die in Fig. 1 dargestellte schnellwirkende Spannzwinge 10 gemäß der Erfindung, die zwei Werkstücke 8A und 8B miteinander verspannt, hat einen feststehenden Backen 12, der an einem Ende einer Gleitstange 14 befestigt ist, und einen beweglichen Backen 16, der an der Gleitstange zwecks Bewegung in Richtung auf den feststehenden Backen und weg von diesem gelagert ist. Der feststehende Backen 12 besitzt ein Abstützteil 18, in dem eine rechteckige Ausnehmung 20 gebildet ist, in der ein Ende der Gleitstange mit Preßsitz angeordnet ist. Das Abstützteil 18 ist an der Gleitstange durch einen oder mehrere Stifte 22 befestigt, die durch Öffnungen in dem Teil 18 und der Gleitstange verlaüfen. Die Längsachse des Abstützteils 18 wie auch die Ebene der Spannfläche 24 des feststehenden Backens sind rechtwinklig zu der Längsachse der Gleitstange 14 angeordnet.
- Der bewegliche Backen 16 besitzt ein Abstützteil 26 mit einer rechteckigen Durchgangsöffnung 28, die so bemessen ist, daß sie die Gleitstange 14 mit Gleitsitz aufnimmt. Die Längsachse des Abstützteils 26 verläuft senkrecht zu der Längsachse der Gleitstange und hat ein gegabeltes äußeres Ende zur Aufnahme eines Backenteils 30 zwischen seinen beabstandeten Armen 26a und 26b. Das Backenteil 30, das um einen Schwenkstift 33 frei schwenkbar ist, besitzt eine Spannfläche 32, die zu der Spannfläche 24 des feststehenden Backens entgegengerichtet ist. Gegebenenfalls können die Spannflächen 24 und 32 mit Schutzkissen 34 und 36 versehen sein; stattdessen können anstelle der Schutzkissen Kissen vorgesehen werden, die eine solche Form haben, daß sie ein speziell geformtes Werkstück erfassen.
- Die Gleitstange 14 ist als hohle rohrförmige Stahlstange quadratischen Querschnitts mit einer oberen Wand 14a und angrenzenden Seitenwänden 14b-14c und einem länglichen Schlitz 14d in der Wand gegenüber der oberen Wand dargestellt. Stattdessen kann die Stange 14 einen Querschnitt in Form eines umgedrehten U haben, was wegen der relativ geringen Herstellungskosten bevorzugt wird, während gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit vorhanden sind. Die Gleitstange kann je nach der erwünschten Spannkapazität der Spannzwinge eine beliebige Länge haben, welche näherungsweise 3 inch größer als die Spannkapazität ist. Das bedeutet, daß eine 9 inch lange Stange für eine Spannzwinge mit einem maximalen Abstand von 152 mm (6 inch) zwischen den Spannflächen 24 und 32 benötigt wird, und daß eine Spannzwinge einer Spannweite von 305 mm (12 inch) eine 381 mm (15 inch) lange Stange erfordern würde.
- Wie arn besten in den Fig. 3 und 3A zu sehen ist, wird die rechteckige Öffnung 28, durch die die Gleitstange 14 verläuft, durch die Seitenwände des Abstützteils 26, einen aus Metall bestehenden Block 42, der von dem Abstützteil umgeben ist und den Boden der Öffnung bildet, sowie eine gehärtete Stahlstange 44 gebildet, die quer zur Stange zwischen den Armen 26a und 26b des Abstützteils 26 verläuft und durch zwei Stifte 46 gesichert ist, welche durch ausgerichtete Öffnungen in dem Abstützteil 26 und der Stange 44 verlaufen. Die Öffnung 28 ist so dimensioniert, daß sich der bewegliche Backen auf der Stange 14 frei bewegen kann.
- Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird der bewegliche Backen normalerweise in Richtung auf den feststehenden Backen von einer ebenen Rollfeder 46 vorgespannt, die an einem Zapfen 50 abgestützt ist, welcher seinerseits auf einem Stift 52 abgestutzt ist, welcher quer durch eine Ausnehmung 48 in dem Abstützteil 18 verläuft. Die Feder verläuft durch einen Schlitz 54 in der oberen Wand der Stange 14, erstreckt sich im Inneren der Stange und ist mit ihrem freien Ende 46a an dem beweglichen Backen durch eine Schraube 56 befestigt, die in das metallische Teil 42 des beweglichen Backens eingeschraubt ist. Die Feder 46 ist eine Wicklung eines ebenen Stahlbandes, das so warmebehandelt wurde, daß es in seinen ursprünglichen gewickelten Zustand zurückkehren möchte, wenn es abgewickelt ist, indem beispielsweise der bewegliche Backen von dem feststehenden Backen weggezogen wird. Federn dieser Art, die als Negatorfedern bekannt sind, werden in großem Umfang in Stahlaufwickelanlagen und anderen Vorrichtungen eingesetzt und sind im Handel in verschiedenen Längen, Breiten, Dicken und Spannungen erhältlich. Diese Federn besitzen typischerweise eine im wesentlichen konstante Spannkraft, unabhängig von der Länge des abgewickelten Abschnittes, so daß sie bei einer 152 mm (6 inch) Spannzwinge beispielsweise die gleiche Spannkraft bei einerm 127 mm (5 inch) dicken Werkstück wie auch bei einem Werkstück, das 12,7 mm (1/2 inch) dick oder weniger ist, erzeugt. Als Beispiel kann das Stahlband der Feder 12,7 mm (1/2 inch) breit sein und eine Dicke haben, die für eine ausreichende Spannung sorgt, um die Spannzwinge an einem Werkstück in beliebiger Ausrichtung einschließlich einer Festspannung an einem überkopf angeordneten Balken zu halten, und eine ausreichende Länge hat, um den beweglichen Backen bis zum Ende der Gleitstange bewegen zu können, begrenzt lediglich durch einen querverlaufenden Stift 57, der sich quer über die Stange erstreckt.
- Beim Gebrauch erfaßt eine Bedienungsperson den feststehenden Backen in einer Hand, wobei der gekrümmte Ausschnitt an der Vorderseite der Abstützung 18 dazu dient, ihn leichter erfassen zu können, wenn die Spannzwinge geschlossen ist, und den beweglichen Backen in der anderen Hand, und er zieht sie dann entgegen der Spannung der Feder ausreichend weit auseinander, um ein Werkstück dazwischen aufnehmen zu können. Wenn die Spannflächen eine erwünschte Lage relativ zu dem Werkstück haben und der bewegliche Backen losgelassen wird, bewegt die Feder, die in ihren ursprünglichen gewickelten Zustand zurückkehren möchte, ihn mit hoher Genauigkeit in festere Anlage mit dem Werkstück und sorgt für einen ausreichenden Spanndruck zwischen den Backen 24 und 32, um die Spannzwinge von selbst am Werkstück zu halten. Dies gibt der Bedienungsperson beide Hände frei, um gegebenenfalls die relative Lage der Spannzwinge und des Werkstückes zu verstellen und um Antriebsmittel, die in dem beweglichen Backen vorgesehen sind (was im folgenden beschrieben wird), zu betätigen und dadurch den Spanndruck der Spannzwinge gegenüber dem von der Feder 46 erzeugten zu erhöhen.
- Wie am besten in den Fig. 3A, 4 und 5 zu sehen ist, ist das Metallteil 42 im unteren Ende der Abstützung 18 mit einer Schraube 58 befestigt, und es enthält einen Hohlraum in Form eines umgekehrten U; die die Schraube 56 sichernde Feder ist in die obere Wand des Hohlraums eingeschraubt, und das innere Ende einer Schraube 60, die mit einer Platt2 62 in Gewindeeingriff steht, welche das untere Ende der Abstützung 26 verschließt, wenn sie durch einen geeigneten Handgriff, wie z.B. einen Schraubendreher-Handgriff 64 gedreht wird, in Eingriff mit der Unterseite der oberen Wand gedrückt wird. Die Position der Schraube 60 an der Unterseite der Gleitstange 14 zusammen mit dem querverlaufenden Stahlteil 44, das oberhalb der Gleitstange und hinter dem Verbindungspunkt zwischen der Feder und dem beweglichen Backen angeordnet ist, bilden Antriebsmittel, die, wenn sie mit der Gleitstange in Eingriff stehen, den beweglichen Backen präzise in Richtung auf den feststehenden Backen bewegen und den Spanndruck zwischen ihnen gegenüber demjenigen, der von der Feder 46 allein erzeugt wird, erhöhen. Wenn die Feder 46 den beweglichen Backen gegen ein zwischen ihm und den feststehenden Backen eingespanntes Werkstück zieht, wird die Längsachse des beweglichen Backens 26, da die Feder 46 zur Vorderseite des beweglichen Backens 26 hin angeschlossen ist, geringfügig nach links (in Fig. 4) gekippt, so daß scharfe Zähne 44a und 44b auf gegenüberliegenden Seiten des rückwärtigen Randes des querverlaufenden Teils 44 in die Oberseite der Gleitstange 14 sich so tief eingraben, daß der bewegliche Bakken an der Stelle, zu der er von der Feder 46 gezogen wurde, mit der Gleitstange vorübergebend fest verriegelt wird. Nach Festziehen der Schraube 60, die vorzugsweise ein quadratisches Gewinde hat und typischerweise einen Durchmesser von 9,5 mm (3/8 inch) und 24 Gewindegänge pro 25,4 mm (1 inch) aufweist, so daß eine extrem hohe "Übersetzung" hat, drückt ihr inneres Ende gegen die Unterseite der oberen Wand des Teils 42, was bewirkt, daß der gesamte bewegliche Backen in Richtung auf das Werkstück gekippt wird und die Zähne der querverlaufenden Stange 44 noch tiefer in die Oberseite der Gleitstange eingedrückt werden. Durch Festziehen der Schraube 60 um zwei oder drei Drehungen wird der bewegliche Backen gekippt, und sein Spannteil 30 wird aus der in Fig. 4 und mit gestrichelten Linien in Fig. 5 gezeigten Stellung in die in Fig. 5 mit ausgezogenen Linien gezeigte Stellung bewegt; wegen des kleinen Steigungswinkels des Schraubengewindes übt die Spannfläche 32 eine enorme Kraft in der Größenordnung von 2.224 bis 4.448 N (500 bis 1.000 Pound) auf das eingespannte Werkstück aus. Durch Lockern der Schraube 60 wird die bewegbare Abstützung entsperrt und gelöst, so daß sie sich auf der Gleitstange frei zurückbewegen kann und somit das Werkstück freigibt.
- Da sich das Spannteil 32 des beweglichen Backens um den Stift 33 frei drehen kann, nimmt die Ebene seiner Spannfläche immer eine Lage parallel zur Ebene der gegenüberliegenden Fläche 24 des stationären Backens für alle anzutreffenden Situationen ein, und zwar, wenn das Werkzeug nicht in Gebrauch ist, wenn ein Werkstück anfangs allein durch die Federwirkung gehalten wird und für sämtliche Kippwinkel des beweglichen Backens.
- Wenn auch bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Gleitstange 14 aus Stahl besteht und einen rechteckigen Querschnitt hat, kann jedoch stattdessen die Gleitstange auch aus hochfestem Kunststoff bestehen und andere Formen haben, wobei die Ausnehmungen in den Abstützungen für den feststehenden und den beweglichen Backeh zwecks Befestigung bzw. Bewegung an der Stange ausgebildet sind. Die Abstützungen können aus irgendeinem geeigneten Material einschließlich Metall und Kunststoff bestehen, und bei anderen Ausführungsbeispielen können sie andere Profile haben, und es können andere Mittel als die gekrümmten Ausschnitte vorgesehen werden, um das Erfassen der Backen, um sie auseinanderzuziehen, zu erleichtern.
- Aus der obenstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das Spannwerkzeug gemäß der Erfindung kompakt ist, daß es sehr schnell aus einer geöffneten Stellung in eine Spannstellung bewegbar ist, daß es in der Lage ist, sich am Werkstück selbst zu halten, so daß beide Hände der Bedienungsperson frei sind, und daß es extrem große Spannkräfte erzeugt. Die Teile des Werkzeugs sind relativ dünn, und die Gesamtlänge der Zwinge ist lediglich ungefähr 3 inch länger als die Spannlänge der Zwinge über einen Bereich unterschiedlicher Größe. Das bedeutet, daß Spannzwingen mit unterschiedlicher maximaler Öffnung zwischen den Backen einfach dadurch vorgesehen werden können, daß die Länge der Gleitstange geändert wird und in allen Fällen ist die Gesamtlänge nur ungefiihr 3 inch größer als die maximale Öffnung.
- Es ist nun für den Fachmann offensichtlich, daß gewisse Abwandlungen und Änderungen zusätzlich zu den oben erwähnten Alternativen bei der beschriebenen Konstruktion vorgesehen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Verriegelungsschraube an dem beweglichen Backen an einer Stelle vorgesehen werden, an der sie an der oberen Wand der Gleitstange angreift. Alles, was in der obigen Beschreibung enthalten und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, ist lediglich als Beispiel und nicht in beschränkendem Sinne zu verstehen.
Claims (5)
1. Handbetatigte, schneliwirkende Spannzwinge mit:
einer längsverlaufenden hohlen Gleitstange (14) U-förmigen
Querschnitts;
einem feststehenden Backen (12) mit einer Spannfläche (34), der an
einem Ende der Gleitstange (14) befestigt ist; und
einem beweglichen Backen (16) mit einer Spannfläche (36), der auf der
Gleitstange (14) gleitend gelagert ist, um in Richtung auf den feststehenden Backen
(12) sowie weg von diesem bewegt werden zu können;
dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:
eine an einem der Backen (12, 16) abgestützte, teilweise abgewickelte
ebene Rollfeder (46), die sich in das Innere der Gleitstange (14) erstreckt und mit
einem freien Ende (46a) an dem anderen der Backen (16, 12) befestigt ist, um die
Spannfläche (36) des beweglichen Backens (16) normalerweise in Richtung auf die
Spannfläche (34) des feststehenden Backens (12) zu ziehen, wobei die Spannung
der Feder (46) im wesentlichen über den größten Bewegungsbereich des
beweglichen Backens (26) im wesentlichen konstant ist, so daß, wenn die Backen entgegen
der Spannung der Feder (46) zur Aufnahme eines Werkstückes (8) ausreichend weit
auseinandergezogen wurden und hierauf einer der Backen losgelassen wird, die
Feder (46) den beweglichen Backen (16) in Richtung auf den feststehenden Backen
(12) bewegt, um das Werkstück (8) zwischen ihren Spannflächen (34,36) mit einem
Druck einzuspannen, der allein der Spannung der Feder (46) entspricht; und
Mittel (60), die an dem beweglichen Backen (16) abgestützt sind, um den
beweglichen Backen mit der Gleitstange (14) lösbar in Anlage zu bringen, wobei
diese Mittel (60) nach anfänglicher Einspannung eines Werkstückes 8 allein durch
die Spannung der Rollfeder (46) durch einen Benutzer betätigbar sind und bei
Betätigung den Spanndruck gegenüber dem von der Spannung der Feder (46) allein
herrührenden, erhöhen.
2. Schnellwirkende Spannzwinge nach Anspruch 1, bei der die ebene
Rollfeder (46) an dem feststehenden Backen (12) abgestützt ist und ihr freies Ende (46a)
mit dem beweglichen Backen (16) verbunden ist.
3. Schnellwirkende Spannzwinge nach Anspruch 1 oder 2, bei der die
besagten Mittel (60) bei Betätigung den beweglichen Backen (16) in Richtung auf den
feststehenden Backen (12) kippen und bei der der bewegliche Backen (16)
schwenkbar abgestützt ist, um Parallelität zwischen seiner Spannfläche (36) und der
Spannfläche (34) des feststehenden Backens (12) aufrechtzuerhalten.
4. Schnellwirkende Spannzwinge nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der der feststehende Backen (12) an dem einen Ende der Gleitstange (14)
durch erste Abstützmittel (18) befestigt ist; der bewegliche Backen (16) zwecks
Bewegring auf der Gleitstange (14) an zweiten Abstützmitteln (26) angebracht ist,
die Feder (46) an einem Stift angebracht ist, der durch die ersten Abstützmittel (18)
quer zur Gleitstange (14) verläuft; und das freie Ende (46a) der Feder (46) mit den
zweiten Abstützmitteln (26) verbunden ist.
5. Schnellwirkende Spannzwinge nach Anspruch 4, welche ferner aufweist:
eine Stange (42), die quer zu einem hinteren Abschnitt der zweiten Abstützmittel
(26) verläuft, um an einer oberen Wand der Gleitstange (14) anzugreifen, wenn die
zweiten Abstützmittel (20) von einem eingespannten Werkstück (8) weggekippt
werden, und Mittel in Form einer Schraube (60), die in die zweiten Abstützmittel
eingeschraubt ist und, wenn sie angezogen wird, die zweiten Abstützmittel (26)
sowie den beweglichen Backen (16) in Richtung auf das eingespannte Werkstück
(8) kippt, um den Spanndruck zwischen dem feststehenden Backen (12) und dem
beweglichen Backen (16) gegenüber dem von der Feder (46) ausgeübten Druck zu
erhöhen.
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