WO2016055138A1

WO2016055138A1 - Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur verwendung im karosseriebau der kfz-industrie

Info

Publication number: WO2016055138A1
Application number: PCT/EP2015/001832
Authority: WO
Inventors: Josef-Gerhard Tünkers
Original assignee: Olaf Und Andre Tünkers Gbr
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-09-12
Publication date: 2016-04-14
Also published as: DE102014014857B3; EP3204191A1; US20180185989A1; DE202015004786U1; US20200331121A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie. Der weltweit praktizierte Industriestandard für die Baureihe Kniehebelspanner in der Automobilindustrie beinhaltet gleiche technische Daten der Baumaße, Spann- und Haltekräfte und Zylinderdurchmesser. Abweichend von diesem Standard werden unter Beibehaltung der technischen Daten erfindungsgemäß jeweils kleinere Zylinderdurchmesser verwendet, die zu einer Reduzierung des Druckluft- bzw. Energieverbrauchs zwischen 25 bis 60 % führen.

Description

Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im

Karosseriebau der Kfz-Industrie

Beschreibung

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie.

Stand der Technik

Kniehebelspannvorrichtungen sind in einer großen Anzahl verschiedener Konstruktionen vorbekannt. Eine Auswahl zeigen die im Literaturverzeichnis aufgeführten Druckschriften. Gewöhnlich bestehen derartige Kniehebelspannvorrichtungen aus einem sogenannten Spannkopf, an dem ein Antrieb in Form einer Kolben-Zylinder- Einheit angeordnet ist. Der Kolben dieser Kolben-Zylinder-Einheit wird bevorzugt abwechselnd beidseitig durch Druckluft beaufschlagt, um über eine Kolbenstange ein im Spannkopf angeordnetes Kniehebelgelenkgetriebe anzutreiben. Diesem Kniehebelgelenkgetriebe ist ein Spannarm zugeordnet, der um eine im Spannkopf orts- feste Schwenkachse um ein begrenztes Winkelmaß schwenkbeweglich antreibbar ist. Der Spannarm kann unterschiedliche Gestaltungen aufweisen. Derartige Kniehebelspannvorrichtungen werden in Fertigungsanlagen, insbesondere im Karosseriebau der Kfz-Industrie, in großer Anzahl eingesetzt, um blechförmige Teile einer Karosserie in Position zu halten, damit sie dauerhaft, beispielsweise durch Punktschweißen, durch Kleben oder Clinchen, miteinander verbunden werden können. In diesen Fertigungsanlagen ist der Raum zum Unterbringen von Kniehebelspannvorrichtungen und anderen Vorrichtungen oftmals begrenzt. Man hat deshalb schon vorgeschlagen, die Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten flachoval auszubilden, um Raum zu sparen. Allerdings bauen dann die Zylinder immer noch relativ lang, da man Kolben gewisser Größen braucht, um die erforderlichen Spannkräfte zu erzielen. Der Versuch, kleinere Zylinder zu verwenden, ist daran gescheitert, dass man dann auch die Spannköpfe austauschen muss, um sie den verkleinerten Kolben- Zylinder-Einheiten anzupassen, einhergehend mit einer Verringerung der Spannkräfte.

In Fertigungsanlagen des Karosseriebaus der Kfz-Industrie ist eine große Anzahl derartiger Kniehebelspannvorrichtungen eingebaut, die in der Regel mit Druckluft versorgt werden. Dies bedingt einen hohen Energieverbrauch für die Bereitstellung der Druckluft, die nach Betätigung der Kniehebelspannvorrichtung aus den oft in die Tausende gehenden Kniehebelspannvorrichtungen eines einzigen Automobilwerkes in die freie Atmosphäre ungenutzt ausströmt. Man hat sich deshalb schon Gedanken darüber gemacht, wie man diesen Energieverbrauch einschränken und die Umwelt schonen kann. Unter anderem hat man elektrisch betriebene Kniehebelspannvorrichtungen vorgeschlagen, die aber bisher noch keine so große Verbreitung gefunden haben, wie durch Druckluft angetriebene Kniehebelspannvorrichtungen. Dies mag darauf zurückzuführen sein, dass die Herstellerwerke überwiegend über installierte Druckluftverteilersysteme verfügen. Außerdem hat man anfänglich Probleme darin gesehen, die durch die gekapselten elektrischen Antriebsmotoren hervorgerufene Wärme abzuleiten.

Aus der DE 10 2008 007 256 B3 ist ein Arbeitszylinder, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie vorbekannt, für ein unter Druck stehendes Fluid, mit einem Zylinder und einem darin längsverschieblich und dichtend geführten Kolben, der einstückig mit einer Kolbenstange verbunden ist, die abgedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist und unter Zwischenschaltung von Getriebeteilen, wie Lenker, Parallelogrammgetriebe, Kniehebelgelenkanordnung oder dergleichen, Vorrichtungen zum Spannen und/oder Fügen und/oder Stanzen und/oder Prägen und/oder Schweißen und/oder Lochen und/oder Clinchen, antreibt, mit mindestens einem als Mehrwegeventil ausgebildetem Steuerventil, einer Druckmittelquelle und Kanälen bzw. Leitungen, das die Fluidquelle über das Steuerventil entweder gleichzeitig an die einander gegenüberliegenden Zylinderräume (kolbenstangenseitiger Zylinderraum und Arbeitszylinderraum), oder abwechselnd den kolbenstangenseiti- gen Zylinderraum beim Öffnungshub anschließt, oder die Druckmittelquelle nur wäh- rend des Krafthubes nach Beendigung des Leerhubes mit dem Arbeitszylinderraum verbindet, wobei zwischen der Druckmittelquelle und dem Steuerventil ein weiteres als Mehrwegeventil ausgebildetes Ventil angeordnet ist, das während des Leerhubes, des Krafthubes und des Öffnungshubes des Kolbens einerseits den Anschluss an die Druckmittelquelle und andererseits die Abführung der Restmenge beim Einleiten des Krafthubes aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum steuert, wobei die Ventile innerhalb des Arbeitszylinders zusammen mit den sie verbindenden Kanälen baulich vereinheitlich angeordnet sind. Diese Vorrichtung lässt sich mit besonderem Vorteil zum Antrieb von Kniehebelspannvorrichtungen, Clinchvorrichtungen und Zentriervorrichtungen im Karosseriebau der Kfz-Industrie einsetzen. Dort werden derartige durch Kniehebel angetriebene Vorrichtungen in großer Stückzahl in Fertigungslinien verwendet, so dass normalerweise große Druckluftmengen zum Einsatz kommen, die im Grunde genommen während des Leerhubes gar nicht benötigt werden. Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Arbeitskolben eine äußerst geringe Druckluftmenge beim Einsetzen des Krafthubes im Bedarfsfalle in die Atmosphäre entlüftet, da der Krafthub erst wenige Millimeter vor dem Ende des Gesamthubes des Kolbens, der zum Beispiel zum Antrieb eines Spannarmes einer Kniehebelspannvorrichtung eingesetzt wird, mit dem vollen Druckmitteldruck beaufschlagt. Nur diese sehr geringe auf der Kolbenstangenseite befindliche Druckluftmenge strömt im Bedarfsfalle in die Atmosphäre, die allerdings nur einen Bruchteil der Druckluftmenge beträgt. Bei den großen Stückzahlen derartiger Spannvorrichtungen, die im Karosseriebau der Kfz-Industrie weltweit, aber auch nur in einer Volkswirtschaft einer Industrienation eingesetzt werden, ergibt sich bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders eine spürbare Entlastung der Umwelt, besonders wenn man eine Energiebilanz über einen gewissen Zeitraum, zum Beispiel über ein Jahr, aufstellt. Zwischen Fluidquelle und Steuerventil ist ein weiteres, insbesondere als Mehrwegeventil, ausgebildetes Steuerventil, angeordnet. Die Ventile sind innerhalb des Arbeitszylinders zusammen mit den sie verbindenden Kanälen baulich vereinheitlicht angeordnet.

Aus der DE 10 2006 041 707 B4 ist ebenfalls eine Kolben-Zylinder-Einheit (Arbeitszylinder) mit einem in einem Zylinder durch Fluiddruck längsverschieblich und dichtend geführten Kolben vorbekannt, dem auf einer Seite (Kolbenringseite) eine aus dem Zylinder dichtend herausgeführte Kolbenstange zugeordnet ist, die Vorrichtungsteile zum Spannen und/oder Pressen und/oder Fügen und/oder Stanzen und/oder Prägen und/oder Lochen und/oder Schweißen, zum Beispiel unter Zwischenschaltung einer Kniehebelgelenkanordnung, antreibt, wobei dem Arbeitszylinder Kanäle zugeordnet sind, die vom Beginn bis zum Ende des Leerhubes (Anstellhub) eine Beaufschlagung eines Arbeitszyiinderraumes als auch eines Zylinderrückhubraumes mit dem Fluiddruck ermöglichen und mit Beginn der Einleitung des Krafthubes den Zylinderrückhubraum entlüften und nur den Arbeitszylinderraum mit Fluiddruck beaufschlagen, wobei dem Kolben auf einer Seite der Kolbenstange in einer Bohrung ein Steuerbolzen zugeordnet ist, der gegen die Rückstellkraft eines vorgespannten Druckfederelementes gelagert ist und der beim Einleiten des Krafthubes ein Ventil oder einen Kolbenschieber betätigt, derart, dass die Kolbenringseite zu entlüften ist, oder dass der Zylinderrückhubraum über ein Steuerungssystem an die Fluidzu- und/oder -ableitung angeschlossen ist. Bei einer weiteren Ausführungsform dieser Vorveröffentlichung wird die Fluidzufuhr während des Leerhubes (Anstellhub) des Kolbens gesteuert, derart, dass nur die Trägheitsund/oder Gewichtskräfte und/oder Reibungskräfte beweglicher Teile überwunden werden und erst beim Krafthub der Kolben mit dem Fluiddruck beaufschlagbar ist, wobei dem Kolben auf einer Seite der Kolbenstange in einer Bohrung ein Steuerbolzen zugeordnet ist, der gegen die Rückstellkraft eines vorgespanntes Druckfederelementes gelagert ist und der beim Einleiten des Krafthubes ein Ventil oder einen Kolbenschieber betätigt, derart, dass die Kolbenringseite zu entlüften ist. Des weiteren kann ein mit der Kolbenstange verbundener Gabelkopf oder eine damit verbundene Kniehebelgelenkanordnung ein Ventil, zum Beispiel einen Kolbenschieber, mit Beendigung des Leerhubes (Anstellung) derart steuern, dass nunmehr der volle Fluiddruck auf den Kolben einwirkt. Hierdurch soll der Fluid- und insbesondere Energieverbrauch für die Pumpen und dessen Antriebsmotor, insbesondere Druckluft und Hydraulikflüssigkeitsverbrauch, erheblich, zum Beispiel um 50 Prozent, reduziert werden, wodurch sich die Energiekosten zum Betreiben von Fertigungsanlagen im Karosseriebau ganz erheblich verringern lassen sollen.

Aus den bekannt gemachten Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 20 2009 008 068.4 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Spannen und/oder Fügen und/oder Stanzen und/oder Prägen und/oder Schweißen und/oder Lochen und/oder Clinchen und/oder Schwenken, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz- Industrie vorbekannt, bei welcher immer nur durch eine einzige Druckmittelleitung das Druckmittel, vornehmlich Druckluft, von der Fluid- bzw. Druckmittelquelle, beiden Zylinderräumen, also sowohl der Kolbenstangenseite als auch dem Arbeitszylinder, zuführbar ist. Dadurch lässt sich Energie einsparen.

Aus der DE 20 2009 002 141 U1 ist eine Vorrichtung mit einem in entgegensetzten Richtungen durch einen Antrieb in Achsrichtung durch geradlinige Hubbewegungen in einem Gehäuse angeordneten beweglichen Stellglied vorbekannt, das über eine in einem Gehäusekopf angeordnete Kniehebelgelenkanordnung um eine gehäuse- kopffeste Achse um ein begrenztes Winkelmaß in entgegengesetzten Richtungen einen Hebel zwischen einer Arbeitsstellung, in der das Stellglied maximal in den Gehäusekopf eintritt, und einer Öffnungsstellung schwenkbeweglich antreibt, dem zum Beispiel eine oder mehrere Massen auswechselbar zugeordnet ist bzw. sind, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, wobei das Stellglied über eine Stellgliedkuppelachse schwenkbeweglich mit einer Lenkeranordnung eines Kniehebelgelenks und die Lenkeranordnung wiederum über eine Lenkerschwenkachse mit einer Verbindungslenkeranordnung, diese ihrerseits mit der gehäusekopffesten Achse schwenkbeweglich verbunden ist, wobei in der Arbeitsstellung die Lenkerschwenkachse im Abstand neben der gehäusekopffesten Achse maximal bis in den äußeren Endbereich des Gehäusekopfinnenraums einge- schwenkt ist und die Kniehebelgelenkanordnung ihrerseits in Totpunktstellung oder Übertotpunktsteilung ihre durch die Drehmittelpunkte der Stellgliedkuppelachse einerseits und der Lenkerschwenkachse andererseits verlaufende gerade Verbindungslinie rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig zur Hublängsachse des Stellgliedes verläuft, wobei der gesamte Schwenkwinkelbereich, um den der Hebel um die gehäusekopffeste Achse schwenkbeweglich ist, um einen spitzen Winkel gegenüber der Mittellinie des Stellgliedes in der Schwenkebene des Armes um den Schwenkmittelpunkt der gehäusekopffesten Achse in Arbeitsstellung des Armes versetzt ist. Des weiteren ist diese vorbekannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsstellung des Armes die durch die Schwenkmittelpunkte der gehäusekopffesten Achse des Armes und der benachbarten Lenkerschwenkachse verlaufende gedachte gerade Linie einen spitzen Winkel mit einer gedachten geraden Linie bildet, die durch die Schwenkmittelpunkte dieser Lenkerschwenkachse und des Schwenkmittelpunktes der Stellgliedkuppelachse verläuft, wobei diese gedachte

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gerade Linie in Arbeitsstellung, insbesondere in Totpunkt- oder Übertotpunktsteilung der Kniehebelgelenkanordnung, einen rechten Winkel oder annähernd rechten Winkel mit der Hublängsachse des Stellgliedes bildet. Diese Vorrichtung soll es bei Schwenkeinheiten ermöglichen, ein konstantes oder annähernd konstantes Drehmoment über den gesamten Schwenkwinkelbereich des Armes über seine gehäusekopffeste Schwenkachse zu erzielen. Dieser Winkelbereich kann zum Beispiel maximal 185 Grad bis 180 Grad betragen. Dadurch, dass der gesamte Winkelbereich, um den sich der Hebel um seine gehäusekopffeste Achse über das Kniehebelgelenk schwenken lässt, um einen spitzen Winkel nach vorne, von der Längsachse des Stellgliedes hinweg gekippt oder verlagert ist, wird der Hebelarm, an dem die Kräfte über das Stellglied angreifen können, günstig verändert.

Die DE 10 2006 022 950 A1 betrifft ebenfalls eine Spannvorrichtung zum Festlegen von Werkstücken, bestehend aus einer mit einer axial verstellbaren Stellstange eines pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Antriebsgliedes verbundenen Stellmechanik, gebildet aus dem Ende der Stellstange und aus einem Schleppglied, das mit einem Stellhebel für die in einem Kopfstück gelagerte Schwenkwelle des Vorrichtungsspannarmes gelenkig verbunden ist, wobei das Gehäuse des Antriebsgliedes mit seinem Stellstangenkolben mindestens um den Hubweg der Stellstange verlängert und im Gehäuse eine von der entsprechend verlängerten Stellstange durchgriffene und den Hubraum des Antriebsgliedes begrenzende Trennwand angeordnet ist, wobei der Querschnitt des einteiligen Gehäuses über der Trennwand dem des Hubraumes entspricht, und dass das Kopfstück in seiner Innenhöhe im Wesentlichen mit der Länge des Stellhebels bemessen ist. Das Gehäuse des Antriebsgliedes ist mit seinem Stellstangenkolben mindestens um den Hubweg der Stellstange verlängert, wobei im Gehäuse eine von der entsprechend verlängerten Stellstange durchgriffene und den Hubraum des Antriebsgliedes begrenzende Trennwand angeordnet ist. Der Querschnitt des Gehäuses über der Trennwand, das heißt zum aufzusetzenden Kopfstück hin entspricht dabei dem Querschnitt des Hubraumes. Das aufzusetzende und in geeigneter Weise zu befestigende Kopfstück ist dabei ferner in seiner Innenhöhe im wesentlichen mit der Länge des Stellhebels bemessen, das heißt, das Kopfstück ist in seiner Größe bzw. Länge im Vergleich zu bisherigen Kopfstücken wesentlich reduziert. Das Gehäuse, das also das eigentliche Antriebsglied mit umfasst, ist dabei am unteren Ende mit einer entsprechend ange- passten Abschlussplatte versehen und stellt ein verlängerndes Bauteil dar. Hierdurch soll man ohne das einteilige Gehäuse ändern zu müssen, konstruktiv äußerlich unterschiedlich gestaltete Kopfstücke am Gehäuse anbringen können, wenn dies besondere Anwendungsfälle verlangen sollten. Dies solle unter der Voraussetzung geschehen, dass solche unterschiedlichen Kopfstücke aber anschlußmäßig zum einteiligen Gehäuse passen müssen.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsmäßig vorausgesetzten Kniehebelspannvorrichtung den Energiebedarf durch einfache bauliche Maßnahmen zu verringern.

Lösung

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch jeden der beiden unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Patentanspruch 1 beschreibt eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit nach Normvorgaben der Industrie bestimmten Anschlussmaßen, zum Beispiel für Bohrungen mit Gewinde am Spannkopf, zum Anordnen der Kniehebelspannvorrichtung in einer Fertigungslinie, mit einer durch Druckluft zu beaufschlagenden Antriebseinheit, deren Kolben abwechselnd in entgegengesetzten Hubrichtungen durch Druckluft zu beaufschlagen ist, der in einem kreisrunden oder von der Kreisform abweichenden - zum Beispiel flachovalen - Zylinder nach von der Industrie vorgegebenen Normen oder Bezeichnungen, zum Beispiel 40, 50, 63, längsverschieblich und dichtend geführt ist, wobei der Kolben in Hubrichtung ein längenveränderliches Stellglied antreibt, das an seinem kolbenfernen Ende über ein Kniehebelgelenkgetriebe einen Kraftübertragungsarm antreibt, der über eine im Spannkopf schwenkbewegliche, aber ansonsten ortsunbewegliche Drehachse getrieblich verbunden und gelagert ist, die aus dem Spannkopf einseitig oder beidseitig herausgeführt ist, und der einen Spannarm oder dergleichen schwenkbeweglich, zum Beispiel über einen Schwenkwinkel von 135 Grad, antreibt, wobei unter Beibehaltung des Drehmoments oder des Haltemoments an der Drehachse und unter Beibehaltung der Anschlussmaße des Spannkopfes, dem Spannkopf jeweils ein im Durchmesser innerhalb der von der Industrie vorgegebenen Industrienorm 40, 50, 63 kleinerer Zylinder und damit ein kleinerer druckwirksamer Kolben und damit kleinere auf das Stellglied, zum Beispiel die Kolbenstange, zu übertragende Kraft zugeordnet ist, und die dadurch jeweils verringerte Kolbenkraft und das dadurch verringerte Drehmoment oder Haltemoment an der Drehachse durch entsprechende Vergrößerung der wirksamen Hebellänge des Kraftübertragungsarms entsprechend der Verringerung der Kolbenkraft des Kolbens wieder auf den ursprünglichen oder praktisch ursprünglichen Wert der innerhalb der Industrienorm größeren Kolben-Zylinder-Einheit hergestellt ist.

Der unabhängige Patentanspruch 2 beschreibt eine Lösung für eine Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem Spannkopf, einer daran angeordneten, durch Druckluft abwechselnd zu beaufschlagenden Kolben-Zylinder-Einheit, die ein sich in Hubrichtung des Kolbens erstreckendes, ggf. längenveränderliches Stellglied, antreibt, das an seinem kolbenfernen Ende über ein Kniehebelgelenkgetriebe und über einen Kraftübertragungsarm, der über eine im Spannkopf ortsunbewegliche Drehachse, die aus dem Spannkopf seitlich herausgeführt ist, einen Spannarm oder dergleichen schwenkbeweglich antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass unter Beibehaltung der Spannkraft am Spannarm und unter Beibehaltung der Anbaumaße des Spannkopfes, dem Spannkopf jeweils ein im Durchmesser kleinerer Zylinder mit entsprechend kleinerem Kolben und damit kleinerer auf das Stellglied, zum Beispiel die Kolbenstange zu übertragende Kraft zugeordnet ist und die dadurch jeweils verringerte Kolbenkraft durch Vergrößerung der wirksamen Hebellänge des Kraftübertragungsarms des Kniehebelgelenkgetriebes entsprechend der Verringerung der Kolbenkraft des Kolbens wieder auf den ursprünglichen Wert einer größeren Kolben-Zylinder-Einheit hergestellt ist. Einige Vorteile

Der weltweit praktizierte Industriestandard für die Baureihe Kniehebelspanner in der Automobilindustrie beinhaltet gleiche technische Daten der Baumaße, Spann- und Haltekräfte und Zylinderdurchmesser. Abweichend von diesem Standard werden unter Beibehaltung der technischen Daten erfindungsgemäß jeweils kleinere Zylinderdurchmesser verwendet, die zu einer Reduzierung des Druckluft- bzw. Energieverbrauchs zwischen 25 bis 60 % führen.

Somit zeichnet sich die Kniehebelspannvorrichtung nach der Erfindung dadurch aus, dass bei Einsatz eines kleineren Zylinders mit kleinerem Durchmesser und damit kleinerem Kolben die dadurch verringerte Spannkraft durch ein größeres Drehmoment des Kniehebelgelenkgetriebes ausgeglichen wird. Dies geschieht dadurch, dass die wirksame Hebellänge des Kraftübertragungsarmes vergrößert wird, und zwar jeweils in Abhängigkeit des ansonsten gleich bleibenden Spannkopfes mit gleich bleibenden Anbaumaßen für eine sonst größere Kolben-Zylinder-Einheit. Durch die Vergrößerung der wirksamen Hebellänge des Kraftübertragungsarmes, der den Spannarm antreibt, wird die verringerte Kraft, die der Kolben der wesentlich kleineren Kolben-Zylinder-Einheit ausübt, kompensiert, bei gleichen Abmaßen. Im Bedarfsfall genügt der bloße Austausch des Kraftübertragungsarmes, um unter Beibehaltung der Spannkraft am Spannarm einen kleineren Zylinder einzusetzen. Man hat es also in der Hand, wesentlich kleinere Kolben-Zylinder-Einheiten einzusetzen und dadurch das Volumen dieser Kolben-Zylinder-Einheiten und damit der gesamten Kniehebelspannvorrichtung erheblich zu verringern. Einhergehend mit der Verringerung der Abmessungen der gesamten Kniehebelspannvorrichtung durch kleinere Zylinder-Einheiten wird Druckluft zwischen 25 bis 60 Prozent, bevorzugt etwa 38 oder 40 Prozent, eingespart, da die im Durchmesser kleineren Zylinder auch eine geringere Druckluftmenge benötigen, was sich umweltschonend und damit energiesparend auswirkt. Die Erfindung schlägt somit einen vom Stand der Technik abweichenden Lösungsweg zur Verringerung des Energieverbrauchs und Schonung der Umwelt vor.

Bei der Messung des Drehmoments oder des Haltemoments sollte von der gleichen Bezugsgröße ausgegangen werden. Zum Beispiel misst die Anmelderin das Haltemoment mit einem Winkel von 7 Grad, ausgehend von der Totpunktlage des Kniehebelgelenkgetriebes, bei der die eine Lasche einen Winkel von 90 Grad zur Längsachse des Stellglieds, das heißt der Kolbenstange, einnimmt. Das Haltemoment oder Drehmoment an der Drehachse verändert sich im Laufe der Betriebsdauer durch Abnutzungserscheinungen. Wenn man also unterschiedliche Konkurrenzerzeugnisse miteinander hinsichtlich der Haltemomente oder Drehmomente an den Drehachsen vergleicht, muss man von den gleichen Ausgangsbedingungen beim Messen ausge- hen. Das ändert jedoch nichts daran, dass selbst bei unterschiedlichen Messverfahren die Bestimmung des Drehmoments oder Haltemoments der Drehachse durch die erfindungsgemäßen Lösungsvorschläge bemerkenswerte Energieeinsparungen erzielt werden, eben weil man nunmehr kleinere Zylinder verwenden kann, ohne den Spannkopf und ohne dessen Anbaumaße zu verändern. Wenn von Zylindern die Rede ist, so werden darunter nicht nur im Querschnitt kreisrunde Zylinder verstanden, also auch Kolben mit wirksamen Kolbenflächen eines Kreises, sondern auch Zylinder, die eine von der Kreisform abweichende Form der Kolben und damit der Innenquerschnitte der Zylinder aufweisen, in denen die Kolben abgedichtet und abwechselnd durch Druckluft beaufschlagt gleiten. Bevorzugt werden bei von der Kreisform abweichende solche Zylinder verstanden, die eine flachovale Ausbildung aufweisen. Wenn man hier von den wirksamen Kolbenflächen bei von der Kreisform abweichenden Kolben spricht, handelt es sich dabei um druckwirksame Flächen.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 3 bis 9 beschrieben und im Übrigen ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile aus der beigefügten Beschreibung der Zeichnung, in der die Erfindung - teils schematisch - beispielsweise veranschaulicht ist. Es zeigen: Fig. 1 eine Kniehebelspannvorrichtung schematisch in der Seitenansicht;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kniehebelspannvorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 2

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Kniehebelspannvorrichtung bezeichnet, die im wesentlichen aus einem Spannkopf 2 und einer an diesem auswechselbar angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit 3 besteht. Die Kniehebelspannvorrichtung ist bedarfsweise an allen vier Seiten des Spannkopfes 2 mit Sackbohrungen mit Gewinde versehen, um sie gegebenenfalls an allen vier Seitenflächen anbauen zu können.

Die Kolben-Zylinder-Einheit 3 weist einen Zylinder 4 und einen darin längs- verschieblich und dichtend geführten Kolben 5 auf. Der Kolben 5 wird abwechselnd beidseitig gesteuert durch Druckluft beaufschlagt, und führt dadurch einen Hub in Richtung X bzw. Y durch.

Mit dem Kolben 5 ist ein als Kolbenstange 6 ausgebildetes längliches Verstellglied getrieblich verbunden, das bei der dargestellten Ausführungsform - jedoch nicht zwingend - mehrteilig und längenverstellbar ausgebildet ist, um eine Längenverstellung in Hubrichtung X bzw. Y zu ermöglichen, und den Hub in Richtung X bzw. Y des Kolbens 5 und dadurch den Schwenkwinkel eines Spannarms oder dergleichen zu verändern. Die Kolbenstange kann dazu aus mehrteiligen ineinander schraubbaren Spindelteilen bestehen.

Zur Längenverstellung der Kolbenstange 6 ist es möglich, durch eine verschließbare Öffnung 8 in einen Bodendeckel 9 des Zylinders 4 mit einem Werkzeug hindurchzugreifen, um dieses Werkzeug mit einer Aussparung eines Schraubkopfes 7 der Kolbenstange 6 bedarfsweise zu verbinden. Mittels des Werkzeuges kann dann die Kolbenstange 6 in entgegengesetzten Richtungen gedreht und dadurch der Hub des Kolbens 5 in Richtung X bzw. Y größer oder kleiner stufenlos eingestellt werden. Die Feinfühligkeit der Verstellung richtet sich nach der Steigung des Gewindes, mit der die Teile des länglichen VerStellgliedes 6 ineinander geschraubt sind.

Mit der Kolbenstange 6 ist ein Kniehebelgelenkgetriebe 10 getrieblich verbunden, das aus mehreren über Schwenkachsen 11 bzw. 12 schwenkbeweglich miteinander gekuppelten Laschenelementen bestehen. Diese Laschenelemente können mit der Kolbenstange 6 bzw. einem Teil der Kolbenstange 6 getrieblich, beispielsweise über einen Gabelkopf 13, getrieblich und austauschbar miteinander verbunden sein.

Mit dem Kniehebelgelenkgetriebe 10 ist ein Kraftübertragungsarm 14 getrieblich und schwenkbeweglich verbunden. Der Kraftübertragungsarm 14 kann aus mehreren Elementen bestehen. Der Kraftübertragungsarm 14 ist über eine in Fig. 2 lediglich durch ein strichpunktiertes Fadenkreuz angedeutete, im Spannkopf 2 schwenkbewegliche, aber sonst ortsunbewegliche Drehachse 15 getrieblich verbunden, die aus dem Spannkopf 2 seitlich herausgeführt ist (Fig. 3) und hier bei der dargestellten Ausführungsform (Fig. 1) eine quadratische Ausformung aufweist, mit der ein nicht dargestellter Spannarm, z. B. in Form einer Gabel oder auch nur einseitig, lösbar zu kuppeln ist. Mit dem Spannarm lassen sich gegen ein geeignetes Widerlager, zum Beispiel einem dem Spannkopf 2 zugeordneten nicht dargestellten sogenannten Kiefer, blechförmige Werkstücke spannen, um sie dann dauerhaft in geeigneter Weise z. B. durch Clinchen, Punktschweißen, Kleben miteinander verbinden zu können.

Die Mittelpunkte der Schwenkachse 12 einerseits und der ortsunbeweglichen Drehachse 15 andererseits sind um das Maß L (Fig. 2) voneinander entfernt, das den wirksamen Hebelarm bildet, mit dem das Kniehebelgelenkgetriebe 10 den nicht dargestellten Spannarm oder dergleichen antreibt. Gegenüber herkömmlichen Kniehebelspannvorrichtungen ist dieser wirksame Hebelarm L derart vergrößert, dass die relativ kleine Kolben-Zylinder-Einheit 3, die einen entsprechend kleinen Kolben 5 besitzt, in ihrer verminderten Kraft, mit der sie die Kolbenstange 6 antreibt, ausgeglichen ist, derart, dass bei gleich bleibenden Anschlussmaßen und gleich bleibendem Spannkopf die entsprechend große Spannkraft (Drehmoment), die bei einer sonst größeren Kolben-Zylinder-Einheit 3 erreicht würde, ebenfalls erzielt wird. Auf diese Art und Weise kann mit den gleichen Anschlussmaßen und einem gleichen Spannkopf eine wesentliche kleinere Kolben-Zylinder-Einheit 3 verbunden werden, die somit das Volumen der gesamten Kniehebelspannvorrichtung erheblich verringert und einen wesentlich geringeren Druckluftverbrauch verursacht, zum Beispiel um mindestens 25 bis 60 %, vorzugsweise etwa bei der dargestellten Ausführungsform 38 % weniger als bei herkömmlichen Kniehebelspannvorrichtungen gleicher Leistung. Auf diese Art und Weise hat man es in der Hand, sozusagen am Lager für gleiche Anschlussmaße gleiche Spannköpfe bereit halten zu können, mit denen bedarfsweise unterschiedliche Kolben-Zylinder-Einheiten 3 mit erheblich geringeren Durchmessern zu kuppeln sind. Die geringere Spannkraft wird durch den größeren Hebelarm L bei der dargestellten Ausführungsform ausgeglichen. Zum Beispiel zeigt die dargestellte Ausführungsform eine Kniehebelspannvorrichtung mit der Bezeichnung U 63, der aber nur ein 50er Zylinder zugeordnet ist. Das Maß„50" bezeichnet den wirksamen Kolbendurchmesser und damit auch den Innendurchmesser des Zylinders 4. Beispielsweise kann das Maß L für einen Spanner U 63 mit einem 50er Zylinder 42 mm betragen, während der Gesamthub des Kolbens 5 103 mm beträgt bei einem maximalen Schwenkwinkel des nicht dargestellten Spannarmes von 135°.

Der Spannkopf 2 besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei sandwichartig aufeinander angeordneten Gehäuseteilen, vorzugsweise Gehäusehälften 16 und 17, die abgedichtet aufeinander angeordnet sind und einen Innenraum 18 des Spannkopfes 2 dichtend umschließen und dadurch das Kniehebelgelenkgetriebe 10 und auch die hier angeordneten Teile der ineinanderschraubbaren Kolbenstange 6 gegen Schmutz und Feuchtigkeit weitgehend schützen.

Im Spannkopf 2 können nicht dargestellte Sensoren vorgesehen sein, die durch eine Schaltfahne bedämpft werden und dadurch die Endstellungen der Kolbenstange 6 jeweils detektieren. Die Messwerte werden an eine Steckereinheit weitergeleitet, von der die Daten abgegriffen und zu einer geeigneten zentralen Steuereinheit weitergeleitet werden (gleichfalls nicht dargestellt).

Die 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.

Bezugszeichen

Kniehebelspannvorrichtung

Spannkopf

Kolben-Zylinder-Einheit

Zylinder

Kolben

Kolbenstange, längliches Stellglied

Schraubkopf

Öffnung

Bodendeckel

Kniehebelgelenkgetriebe

Schwenkachse Gabelkopf

Kraftübertragungsarm

Drehachse

Gehäuseteil Innenraum des Spannkopfes 2 Hubrichtung n

wirksame Hebellänge des Kraftübertragungsarms 14

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US 4,793,602

US 6,065,743

US 6,612,557 6,220,588

6,613,133

6,416,045

Prospekt der Tünkers Maschinenbau GmbH, Ratingen, „Spanntechnik für professionelle Serienfertigung"

Prospekt der Tünkers Maschinenbau GmbH, Ratingen,„Produktionsprogramm"

Prospekt der Tünkers Maschinenbau GmbH, Ratingen, „Spannsysteme, Handling, Umformtechnik"

Mannesmann Rexroth: „Grundlagen und Komponenten der Fluidtechnik Hydraulik Der Hydraulik Trainer", Oktober 1991 (1991-10), ISBN: 3-8023-0619-8, vol. Band 1 , Seiten 182-183

Claims

Patentansprüche

1. Kniehebelspannvorrichtung (1), insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit nach Normvorgaben der Industrie bestimmten Anschlussmaßen, zum Beispiel für Bohrungen mit Gewinde am Spannkopf (2), zum Anordnen der Kniehebelspannvorrichtung (1) in einer Fertigungslinie, mit einer durch Druckluft zu beaufschlagenden Antriebseinheit (3), deren Kolben (5) abwechselnd in entgegengesetzten Hubrichtungen durch Druckluft zu beaufschlagen ist, der in einem kreisrunden oder von der Kreisform abweichenden - zum Beispiel flachovalen - Zylinder nach von der Industrie vorgegebenen Normen oder Bezeichnungen, zum Beispiel 40, 50, 63, längsverschieblich und dichtend geführt ist, wobei der Kolben (5) in Hubrichtung (X - Y) ein längenveränderliches Stellglied (6) antreibt, das an seinem kolbenfernen Ende über ein Kniehebelgelenkgetriebe (10) einen Kraftübertragungsarm (14) antreibt, der über eine im Spannkopf (2) schwenkbewegliche, aber ansonsten ortsunbewegliche Drehachse (15) getrieblich verbunden und gelagert ist, die aus dem Spannkopf (2) einseitig oder beidseitig herausgeführt ist, und der einen Spannarm oder dergleichen schwenkbeweglich, zum Beispiel über einen Schwenkwinkel von 135 Grad, antreibt, wobei unter Beibehaltung des Drehmoments oder des Haltemoments an der Drehachse (15) und unter Beibehaltung der An- schlussmaße des Spannkopfes (2), dem Spannkopf (2) jeweils ein im Durchmesser innerhalb der von der Industrie vorgegebenen Industrienorm 40, 50, 63 kleinerer Zylinder und damit ein kleinerer druckwirksamer Kolben (5) und damit kleinere auf das Stellglied (6), zum Beispiel die Kolbenstange (6), zu übertragende Kraft zugeordnet ist, und die dadurch jeweils verringerte Kolbenkraft und das dadurch verringerte Drehmoment oder Haltemoment an der Drehachse (15) durch entsprechende Vergrößerung der wirksamen Hebellänge (L) des Kraftübertragungsarms (14) entsprechend der Verringerung der Kolbenkraft des Kolbens (5) wieder auf den ursprünglichen oder praktisch ursprünglichen Wert der innerhalb der Industrienorm größeren Kolben-Zylinder-Einheit (3) hergestellt ist.

2. Kniehebelspannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie, mit einem Spannkopf (2), einer daran angeordneten, durch Druckluft abwechselnd zu beaufschlagenden Kolben-Zylinder-Einheit (3), die ein sich in Hubrichtung (X - Y) des Kolbens (5) erstreckendes, ggf. längenveränderliches Stellglied (6), antreibt, das an seinem kolbenfernen Ende über ein Kniehebelgelenkgetriebe (10) und über einen Kraftübertragungsarm (14), der über eine im Spannkopf (2) ortsunbewegliche Drehachse (15), die aus dem Spannkopf (2) seitlich herausgeführt ist, einen Spannarm oder dergleichen schwenkbeweglich antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass unter Beibehaltung der Spannkraft am Spannarm und unter Beibehaltung der Anbaumaße des Spannkopfes (2), dem Spannkopf (2) jeweils ein im Durchmesser kleinerer Zylinder (4) mit entsprechend kleinerem Kolben (5) und damit kleinerer auf das Stellglied, zum Beispiel die Kolbenstange (6), zu übertragende Kraft zugeordnet ist und die dadurch jeweils verringerte Kolbenkraft durch Vergrößerung der wirksamen Hebellänge (L) des Kraftübertragungsarms (14) des Kniehebelgelenkgetriebes (10) entsprechend der Verringerung der Kolbenkraft des Kolbens (5) wieder auf den ursprünglichen Wert einer größeren Kolben-Zylinder-Einheit (3) hergestellt ist.

3. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Industriebezeichnung 63 bezeichneter Zylinder (4) (Zylinder 0 63 mm) durch einen mit der Industriebezeichnung 50 bezeichneter Zylinder (4) (Zylinder 0 50 mm) ersetzt ist.

4. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Industriebezeichnung 50 bezeichneter Zylinder (4) (Zylinder 0 50 mm) durch einen mit der Industriebezeichnung 40 bezeichneter Zylinder (4) (Zylinder 0 40 mm) ersetzt ist.

5. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer Kniehebelspannvorrichtung (1) mit der Zylinderbezeichnung U- 63 (Zylinder 0 63 mm) ein Zylinder (4) mit einem wirksamen Kolben- durchmesser von 50 mm, zugeordnet ist, das wirksame Hebelmaß (L) des Kraftübertragungsarms (14) 42 mm beträgt, bei einem Gesamthub des Kolbens (5) von 103 mm und einem Schwenkwinkel von maximal 135 Grad.

6. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieverbrauch der Druckluft bzw. der Druckluftverbrauch um 40 % gesenkt ist.

7. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieverbrauch der Druckluft bzw. der Druckluftverbrauch um 38 % gesenkt ist.

8. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftverbrauch und damit die Energiereduzierung um 25 % oder 26 % gesenkt ist.

9. Kniehebelspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftverbrauch und damit die Energiereduzierung um 31 % gesenkt ist.