DE69504443T2

DE69504443T2 - Einspannvorrichtung

Info

Publication number: DE69504443T2
Application number: DE69504443T
Authority: DE
Inventors: Gerald A. Trenton Michigan 48183 Brown; William M. Osford Michigan 48051 Faitel
Original assignee: Unova Industrial Automation Systems Inc
Current assignee: Unova Industrial Automation Systems Inc
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2015-05-30
Also published as: EP0700747B1; CA2149159A1; US5505556A; ES2120108T3; EP0700747A1; DE69504443D1

Description

Sachgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Einspannvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum schnellen und genauen Einspannen und Freigeben eines Trägers für den Transport von Schweißvorrichtungen oder dergleichen.

Hintergrund der Erfindung

Beim Schweißen verschiedener Komponenten, wie z. B. Autokarosserieteilen, ist es wichtig, daß die Schweißvorrichtung schnell und präzise positioniert wird. Die Schweißvorrichtung wird auf einem Träger in ihre Arbeitsposition bewegt und solange der Träger nicht richtig positioniert ist, kann die Schweißung nicht mit der für solche Arbeitsschritte erforderlichen Genauigkeit ausgeführt werden.
Aus der US-A-3 847 097 ist eine Einspannvorrichtung bekannt, die dazu dient, eine Nähmaschine in verschiedenen Winkelstellungen relativ zu einer Basis einzustellen. Die Einspannvorrichtung ist mit der Basis, einem an der Basis befestigten Rahmen und einem sich durch die Basis und den Rahmen erstreckenden Gewindebolzen versehen, wobei der Rahmen mit einer an seinem einen Ende befestigten Mutter versehen ist. Eine an der Nähmaschine befestigte Spannschiene kann zwischen der Mutter und dem Rahmen eingespannt werden, indem man einen in einem Stück mit dem Gebindebolzen ausgebildeten Griff dreht.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Einspannvorrichtung nach der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Vorrichtung zum Einspannen eines Trägers in einer festen Position einen Spannarm, der an einem Ende mit einem Spannkopf versehen ist. Der Spannarm wird verschiebbar von einer Hülse aufgenommen, die drehbar auf einer rechtwinklig zur Längsachse des Spannarms verlaufenden Achse gelagert ist. Ein Antrieb dient dazu, die Hülse zu drehen und dadurch den Spannarm so zu verschwenken, daß sein Kopf sich in einer Position befindet, die geeignet ist, den Träger an einer Basis festzuspannen und dann den Spannarm durch die Hülse zu verschieben, um den Kopf eng anliegend gegen den Träger zu ziehen und ihn an der Basis festzuspannnen.
Vorzugsweise umfaßt der Antrieb einen Hebel, mit dem ein Ende des Spannarms gelenkig verbunden ist, einen Winkelhebel, der um die Drehachse der Hülse drehbeweglich ist, eine gleitend angeordnete Gelenkverbindung zwischen dem Hebel und dem Win kelhebel, und eine Antriebseinheit für den Drehantrieb des Winkelhebels.
Vorzugsweise ist der Kopf federnd auf dem Spannarm gelagert, so daß dann, wenn der Kopf eng anliegend gegen den Träger gezogen wird, der Träger durch den Kopf mit einer gewissen Elastizität festgespannt wird.
Zusätzlich ist es erwünscht, den Spannarm relativ schnell an den Punkt zu bewegen, an dem die Bewegung des Trägers beginnt, und danach den mechanischen Vorschub zu verstärken, um den Spannarm zu veranlassen, den Träger eng anliegend gegen die Basis zu ziehen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspannvorrichtung zu schaffen, die die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist.
Eine andere Aufgabe ist es, eine Einspannvorrichtung zu schaffen, die aus relativ wenigen, einfachen Teilen besteht, im Gebrauch robust und von langer Lebensdauer ist, sowie leicht und mit geringen Kosten herstellbar und zusammenbaubar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, insbesondere im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Von diesen zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Trägers einer Schweißvorrichtung bei der Bewegung zu einer Schweißstation, an der die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung vorgesehen ist,
Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung, wobei der Spannarm in seiner Spannstellung in durchgehenden Linien, in seiner gelösten Stellung teilweise in unterbrochenen Linien gezeigt ist,
Fig. 3 eine Ansicht der Einspannvorrichtung mit teilweise weggebrochenen Teilen, gesehen in Fig. 2 von rechts,
Fig. 4 eine Draufsicht,
Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 3,
Fig. 6 eine Schnittansicht nach der Linie 6-6 in Fig. 7 und Fig. 7 eine Schnittansicht nach der Linie 7-7 in Fig. 3.

Beschreibung der Einzelheiten

Indem nun mehr im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, zeigt Fig. 1 schematisch einen Träger 10, der dazu dient, eine Schweißvorrichtung 12 zu tragen, obwohl er in weiterem Sinn auch allgemein von Nutzen sein kann, um eine Vorrichtung beliebiger Art zu tragen und zu transportieren. Der Träger 10 besitzt Rollen 13, die längs einer horizontalen Laufbahn 14 zu einer Schweißstation 15 bewegbar sind. An der Schweißstation ist eine diese Erfindung verkörpernde Einspannvorrichtung 16 vorgesehen, um den Träger in einer in Bezug auf eine Basis 18 fixierten Position festzuspannen. In die sem Beispiel ist die Basis 18 als eine flache, horizontale Platte dargestellt und die Oberseite des Trägers weist die Form einer flachen, horizontalen Platte 20 auf, die geeignet ist, am Boden der Basisplatte 18 festgespannt zu werden. Um den Träger exakt in der Einspannposition auszurichten, können nicht gezeigte Vorsprünge oder Positionierstifte an der Basisplatte 18 vorgesehen sein, die in Aufnahmen in der flachen, horizontalen Platte 20 des Trägers eingreifen können.
Die Einspannvorrichtung 16 umfaßt einen auf der Basisplatte 18 gelagerten Rahmen 21. Der Rahmen 21 hat parallele Seitenplatten 22 und 23. Eine horizontale Welle 24 erstreckt sich zwischen den Seitenplatten 22, 23 und ist in diesen drehbar gelagert. Die Welle 24 besitzt eine einstückig mit ihr ausgebildete Verdickung in Form einer Hülse 26, die mit einem sie querenden Durchgangskanal oder einer Durchgangsbohrung 28 versehen ist, die rechtwinklig zur Achse der Welle 24 verläuft. Ein länglicher Spannarm 30 erstreckt sich verschiebbar durch die Bohrung 28 und besitzt am äußeren Ende einen verstärkten Kopf 32.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist auf das äußere Ende des Spannarms 30 eine Mutter 34 aufgeschraubt. Die Mutter besitzt einen sich radial auswärts erstreckenden, ringförmigen Flansch 36. Der Kopf weist die Form eines Hohlzylinders oder einer Schale auf, der bzw. die die Mutter 34 und ihren Flansch 36 umschließt und am inneren Ende einen radial einwärts gerichteten Flansch 38 aufweist, der den Flansch 36 der Mutter 34 übergreift. Der Kopf 32 und der Kopfflansch 38 wirken mit der Mutter 34 und deren Flansch 36 zusammen, um eine ringförmige Kammer 39 zu bilden. In der Kammer 39 sind Tellerfederscheiben 40 angeordnet, die zwischen dem Flansch 38 des Kopfes und dem Flansch 36 der Mutter zusammengedrückt werden, um den Kopf vom äußeren Ende des Spannarms weg nach innen zu drücken. Ein Haltering 41 ist auf das äußere Ende des Kopfes 32 aufgeschraubt und liegt an der Außenseite des Flansches 36 der Mutter an, um den Weg zu begrenzen, über den der Kopf durch die Kraft der Feder 40 einwärts bewegt werden kann.
Mit einer Welle 46, die in einem Abstand von der Welle 24 angeordnet ist und zu dieser parallel verläuft, ist ein Hebel 44 verbunden. Die gegenüberliegenden Enden der Welle 46 sind drehbar in den Seitenplatten 22 und 23 des Rahmens gelagert. Der Hebel 44 besitzt mit axialem Abstand voneinander angeordnete Arme 47 und 48, die sich von der Welle 45 aus radial nach außen erstrecken und zwischen sich einen Schlitz 49 bilden. Das obere Ende des Spannarms 30 ist mittels eines drehbar in den Armen 47, 48 gelagerten und sich parallel zur Welle 46 erstreckenden Gelenkzapfens 50 verschwenkbar mit dem Hebelarm 44 verbunden.
Um den Spannarm anzutreiben, besitzt der Hebel 44 einen dritten Arm 51, der mit Abstand auf einer Seite der Arme 47 und 48 angeordnet ist und sich von der Welle 45 radial auswärts erstreckt. Der Arm 51 weist einen sich im allgemeinen radial erstreckenden Schlitz 52 auf, der an seinem äußeren Ende offen ist und dessen Form am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist.
Ein Winkelhebel 60 ist an einer Seite der Hülse 26 fest mit der Welle 24 verbunden. Der Winkelhebel 60 besitzt einen Arm 61, der gabelförmig ausgestaltet ist, um Zinken 64 und 66 zu bilden, die den Arm 51 des Hebels 44 umgreifen. Eine Rolle 67 zwischen den Zinken 64 und 66 ist auf den Zinken 64 und 66 drehbar gelagert, so daß sie sich um eine zur Welle 46 parallele Achse drehen kann. Die Rolle 67 weist einen drehbaren Gleitsitz im Schlitz 52 des Hebelarms 51 auf. Der Winkelhebel 60 hat einen zweiten Arm 68, dessen äußeres Ende drehgelenkig mit einem ein Triebwerk 70 aufweisenden Antrieb für die Einspannvorrichtung verbunden ist.
Das Triebwerk 70 kann unterschiedliche Bauformen aufweisen, beim gezeigten Beispiel ist es ein linear wirkender Antrieb mit einer Gewinderollspindel 72, die durch einen umsteuerbaren elektrischen Schrittmotor 74 betätigbar ist. Eine Stellstange 76 ist bei 77 drehgelenkig mit dem äußeren Ende des Hebelarms 68 verbunden. Die Gewinderollspindel 72 ist bei 73 drehgelenkig mit dem Rahmen 21 verbunden. Wenn die Stellstange 76 ausgeschoben wird, wird der Winkelhebel 60 im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie angezeigten Stellung in die durch ausgezogene Linien dargestellte Spannstellung verschwenkt. Diese Bewegung des Winkelhebels 60 verdreht den Hebel 44, der aufgrund der gleitenden Drehverbindung zwischen dem Schlitz 52 und der Rolle 67 die Hülse 26 und dadurch den Spannarm 30 verschwenkt. Das obere Ende des Spannarms 30 ist drehgelenkig mit dem Hebel 44 verbunden, so daß die Drehung des Hebels 44 auch den Spannarm 30 veranlaßt, sich in der Bohrung 28 der Hülse 26 gleitend zu verschieben. Diese Drehung des Hebels 44 erzeugt eine kombinierte Drehung und Längsgleitbewegung des Arms 30 aus der in strichpunktierten Linien dargestellten ungespannten oder zurückgezogenen Position in die in durchgehenden Linien gezeigte Spannstellung.
Wenn der Spannarm 30 vollständig in die durch in strichpunktierte Linien in den Fig. 2 und 7 gezeigte Position zurückbewegt worden ist, wird ein Endschalter LS-1 betätigt, um die Funktion des Triebwerks zu beenden. Dieser Endschalter LS-1 besitzt einen Stellhebel 102. Ein Stellorgan 104 ist auf einem Lagerbock 105 befestigt, der seinerseits an der Welle 24 befestigt ist und sich mit dieser dreht. Wenn sich der Spannhebel 30 in der vollständig zurückgezogenen oder ungespanten Stellung befindet, wirkt das Stellorgan 104 auf den Stellhebel 102 des Endschalters LS-1 ein.
Ein zweiter Endschalter LS-2 wird betätigt, um das Triebwerk 70 abzuschalten, wenn der Spannarm 30 vollständig in die in den Fig. 2 und 7 in durchgehenden Linien dargestellte Spannstellung verschwenkt ist. Der Endschalter LS-2 besitzt einen Stellhebel 106, der geeignet ist, mit dem oberen oder drehgelenkig angeschlossenen Ende des Stellarms 30 zusammenzuwirken und durch dieses betätigt zu werden, um die Funktion des Triebwerks abzuschalten.
Die Bewegung des Spannarms während des letzten Abschnitts seiner Bewegung in die spannende Endstellung wird durch den bei 115 gezeigten gekrümmten Verlauf des Randes des Schlitzes 52 im Arm 51 verlangsamt. Der gekrümmte Verlauf 115 des Schlitzran des erhöht den mechanischen Vorschub und veranlaßt den Spannarm 30 dazu, in Längsrichtung in der Bohrung der Hülse 26 zu gleiten, und den Spannkopf 32 dazu, sich aus der in Fig. 7 durch eine strichpunktierte Linie dargestellten Position nach oben in die in voll ausgezogenen Linien dargestellte, festspannende Anlage an der Trägerplatte 20 zu bewegen.
Es ist verständlich, daß die Einspannvorrichtung 16 mit anderen, ähnlichen Einspannvorrichtungen benutzt werden kann, wie etwa der teilweise in Fig. 1 angedeuteten Einspannvorrichtung 16'. Alle diese Einspannvorrichtungen sollten so betrieben werden, daß sie die Trägerplatte 20 gleichzeitig bewegen und festspannen. Zu diesem Zweck ist ein dritter Endschalter LS-3 vorgesehen, der betätigt wird, wenn der Spannarm 30 sich in Richtung auf die Spannstellung verschwenkt, und vorzugsweise wenn sich der Kopf gegen den Träger legt, unmittelbar bevor die Spannfunktion beginnt, den Träger anzuheben. Der Endschalter LS-3 besitzt einen Stellhebel 112, der geeignet ist, von einem Stellorgan 114 auf dem Lagerbock 105 betätigt zu werden. Alle Einspannvorrichtungen haben ähnliche Endschalter LS-3. Die Betätigung eines jeden Endschalters SL-3 stoppt den Spannantrieb, um Signale von den anderen Einspanneinrichtungen zu erwarten und sicherzustellen, daß sie alle in einer Position sind, um gleichzeitig den Träger anzuheben und dadurch die gesamte Kraft auszugleichen und auf alle Spannvorrichtungen zu verteilen. Wenn alle Endschalter SL-3 betätigt sind, werden die Antriebe aller Einspannvorrichtungen gleichzeitig mit Antriebsenergie versorgt, um den Träger gleichzeitig anzuheben und einzuspannen.
Die Basisplatte 18 besitzt eine längliche Öffnung oder einen Schlitz 120, der breiter ist als der Durchmesser sowohl des Spannarms 30 als auch des Spannkopfes 32. Die Platte des Trägers 10 hat eine längliche Öffnung oder einen Schlitz 122, die bzw. der eine ähnliche Form aufweist wie der Schlitz 120, mit der Ausnahme, daß sie bzw. er an einem Ende einen relativ engen Endabschnitt 124 aufweist, dessen Breite geringer ist als der Durchmesser des Spannkopfes 32 aber größer als der des Spannarms 30. Wenn sich die Spannvorrichtung in der in den Fig. 2 und 7 in strichpunktierten Linien gezeigten angehobenen Stellung befindet, befindet sich die gesamte Spannvorrichtung, einschließlich des Spannkopfes 32, oberhalb des Bodens der Platte 18, um die Bewegung des Trägers nicht zu behindern.
In Betrieb wird der Träger 10 längs der Laufbahn 14 zur Schweißstation 15 in eine solche Position bewegt, daß sich die Öffnungen oder Schlitze 120 und 122 in der Basisplatte 18 und in der Trägerplatte 20 im wesentlichen überdecken. Das Triebwerk 70 wird in Betrieb gesetzt, um die Stellstange 76 auszuschieben und dadurch den Winkelhebel 60 im Uhrzeigersinn aus der in den Fig. 2 und 7 in strichpunktierten Linien gezeigten Position in Richtung auf die in durchgezogenen Linien dargestellte Position zu verschwenken. Der Winkelhebel 60 verschwenkt den Hebel 44, der, aufgrund der gleitenden, drehgelenkigen Verbindung zwischen dem Schlitz 52 und der Rolle 62, die Hülse 26 und den Spannarm 30 im Uhrzeigersinn verschwenkt. Die drehgelenkige Verbindung zwischen dem He bel 44 und dem Spannarm 30 veranlaßt außerdem den Spannarm dazu, sich durch die Hülse 26 zu verschieben, wenn sich der Hebel 44 verdreht. Der Spannarm 30 und der Kopf 32 bewegen sich dabei abwärts durch die einander überdeckenden Öffnungen 120 und 122.
Während der Bewegung in Richtung auf die Spannstellung erreicht der Spannarm 30 einen Punkt, in welchem er sich annähernd vertikal erstreckt, wobei sich jedoch der Spannkopf mit einem Abstand unterhalb der Trägerplatte 20 befindet, wie dies in strichpunktierten Linien in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Punkt verlangsamt sich die Bewegung des Spannarms 30 aufgrund der Form des gekrümmten Abschnittes 115 des Schlitzes 52 im Arm 51, wobei sich der mechanische Vorschub erhöht und den Spannarm nach oben in die vollständig spannende Position zieht, in welchem Punkt der Endschalter LS-2 durch das obere Ende des Spannarms 30 betätigt wird. In dieser Position befindet sich der Spannarm 30 im engen Abschnitt 124 des Schlitzes 122 und der Kopf 32 ist mit federelastischer Spannkraft eng anliegend nach oben gegen die Trägerplatte 20 gezogen. Um die Trägerplatte aus der eingespannten Position zu lösen, wird der Vorgang umgekehrt.

Claims

1. Einspannvorrichtung zum Einspannen eines Teils (10) in eine feststehende Position, mit

einer Basis (18),

einem Rahmen (21),

einem länglichen Spannarm (30) mit gegenüberliegenden Enden,

einem Spannkopf (32) an einem Ende des Spannarms,

gekennzeichnet durch

eine den Spannarm (30) gleitend tragenden Hülse (26), die durch den Rahmen (21) drehbar um eine Achse senkrecht zu der Längsachse des Spannarms gehalten ist, und durch

einen Antrieb (70, 60, 44) zum Drehen der Hülse aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, in der der Spannarm mit seinem Spannkopf (32) in einer Stellung zum Festklemmen des Teils (10) an der Basis (18) gehalten ist und zum gleitenden Bewegen des Spannarms relativ zu der Hülse, wenn die Hülse in der zweiten Stellung steht, um den Spannkopf fest gegen das Teil zu ziehen und das Teil an der Basis festzuklemmen.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Antrieb einen an dem Rahmen (21) drehbar gehaltenen Hebel (44) aufweist, der an dem Spannarm (30) an dem gegenüberliegenden Ende des Spannarms schwenkbar befestigt ist, sowie eine auf der Drehachse der Hülse (26) drehbar befestigte Kurbel (60) und eine gleitende Schwenkverbindung (52, 67) zwischen dem Hebel und der Kurbel, wobei der Antrieb die Kurbel dreht.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die gleitende Schwenkverbindung einen Schlitz (52) in dem Hebel (44) und einen in dem Schlitz gleitfähig aufgenommenen Schwenkzapfen (67) auf der Kurbel (60) aufweist.

4. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, mit einer Steuerung (115) zum Bewirken einer relativ schnellen Drehung der Kurbel (60) aus der ersten in die zweite Stellung, bis der Spannarm (30) mit seinem Kopf (32) in einer Stellung positioniert ist, um das Teil (10) an die Basis (18) zu klemmen, und danach einer relativ langsamen Drehung der Kurbel, bis der Kopf fest gegen das Teil angezogen ist.

5. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, mit einer den Kopf (32) mit dem Spannarm (30) derart verbindenden Feder (40), daß der Kopf das Teil mit einer Vorspannung federnd festklemmt, wenn er gegen das Teil (10) fest angezogen ist.

6. Einspannvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Basis (18) in Form einer flachen Basisplatte und das Teil (10) in Form eines flachen Plattenelements (20) ausgebildet ist, das flächig an der Basisplatte anliegt, wenn es festgeklemmt ist, und wobei Öffnungen (120, 122) in der Basisplatte und dem Plattenelement vorgesehen sind für den Spannarm (30) und den Spannkopf (32), wenn der Spannarm mit der Hülse (26) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung gedreht wird.

7. Einspannvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kopf (32) einen größeren Durchmesser aufweist als der Arm (30), die Öffnung (122) in dem Plattenelement (20) einen relativ breiten Bereich zum Aufnehmen des Arms und des Kopfs und einen relativ schmalen Bereich (124) mit einer Breite größer als der Durchmesser des Arms zum Aufnehmen des Arms, aber geringer als der Durchmesser des Kopfs, aufweist, wobei der Arm in der zweiten Stellung derart angeordnet ist, daß er sich durch den relativ schmalen Bereich der Öffnung erstreckt, so daß der Kopf einen Klemmdruck auf das Plattenelement an gegenüberliegenden Seiten des relativ schmalen Bereichs ausübt.

8. System mit Einspannvorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Steuerung (LS-3, 105, 112, 114) für den Antrieb (70, 60, 44) von jeder der Einspannvorrichtungen vorgesehen ist, um den Antrieb zu deaktivieren, wenn der Spannkopf (32) in einer beinahe-Klemmstellung vor dem Andrücken gegen das Teil (10) steht und um an die Steuerung des Antriebs der anderen Einspannvorrichtung ein Signal abzugeben, um die beinahe-Klemmstellung des Spannkopfs anzuzeigen, wobei die Steuerung von jeder der Einspannvorrichtungen zum Reaktivieren des zugehörigen Antriebs bei Empfang des Signals von der Steuerung der anderen Einspannvorrichtung dient, so daß die Spannköpfe von beiden Einspannvorrichtungen gleichzeitig fest gegen das Teil angezogen werden.