DE20018114U1

DE20018114U1 - Elektrisch betätigbare Werkstück-Spannvorrichtung

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Publication number: DE20018114U1
Application number: DE20018114U
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Original assignee: DE STA CO Metallerzeugnisse GmbH
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Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: EP1201370A3; ES2253317T3; DE50108071D1; ATE309887T1; EP1201370B1; EP1201370A2

Description

Elektrisch betätigbare Werkstück-Spannvorrichtung

Die Neuerung betrifft eine Elektrisch betätigbare Werkstück-Spannvorrichtung, bestehend aus einem an einem Spannkopf angeordneten Elektroantrieb zur Betätigung einer Gewindespindel, die mit der im Spannkopf angeordneten Stellmechanik für den Spannarm in Wirkverbindung steht.

Eine derartige Spannvorrichtung ist bspw. nach der DE 36 38 526 Cl bekannt. Mit der axialen Zuordnung von Elektroantrieben zum Spannkopf sollen die bislang weitaus häufiger benutzten Pneumatik- oder Hydraulikantriebe in Form von Betätigungszylindern ersetzt werden. Problematisch ist dabei die Krafteinbringung, die bei Elektro-Antrieben auf Kosten der Baubreite solcher Spannvorrichtungen geht, da sich ein höheres Leistungsvermögen des Elektro-Antriebes im Durchmesser des &Egr;-Motors niederschlägt, der dann zwangsläufig größer ist als die Baubreite des Spannkopfes. Mit Rücksicht auf die Verwendung solcher Spannvorrichtungen bspw. im Karosseriebau wird jedoch grundsätzlich eine möglichst schmale Baubreite angestrebt, die jedoch bei verlangter hoher Krafteinbringung nicht einzuhalten ist.

Ausgehend von einer Spannvorrichtung der gattungsgemäßen Art, liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine solche Spannvorrichtung hinsichtlich ihres Antriebes dahingehend auszubilden und zu verbessern, daß dieser trotz hohem Leistungsvermögens nur eine vergleichsweise schmalen Baubreite verlangt.

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Diese Aufgabe ist mit einer Spannvorrichtung der eingangs geannten Art nach der Neuerung dadurch gelöst, daß der in einem Gehäuse angeordnete Elektroantrieb aus zwei sich in ihrer Leistung addierenden, synchron geschalteten Umkehrmotoren gebildet ist, die mechanisch mit Einrichtungen zur Wandlung ihrer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung des mit der Gewindespindel direkt oder indirekt in Wirkverbindung stehenden ersten Gliedes der Stellmechanik gekoppelt sind. Die Achsen der Motoren und die sich mittig zwischen deren Achsen erstreckende Achse der Gewindespindel stehen dabei senkrecht auf einer gemeinsamen und gedachten Geraden, und die sich zu dieser Geraden parallel erstreckenden Seitenwände des Gehäuses sind mit einem Abstand zueinander angeordnet, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Motoren.

Mit dieser neuartigen Ausbildung ist die gestellte Forderung erfüllt. Die Alternativangabe "direkt oder indirekt in Wirkverbindung stehend" wird noch näher erläutert.
Vorteilhafte Weiterbildungen bestehe in Folgendem:

Der Abstand der Seitenwände des die beiden Motoren aufnehmenden Gehäuses zueinander ist gleich oder im wesentlichen gleich der Breite des auf dem Gehäuse aufgesattelten Spannkopfes, was nichts anderes bedeutet, als daß die vom jeweiligen Spannkopf her vorgegebene Breite für das Motorengehäuse voll ausgenutzt wird.

Die Einrichtunge zur Wandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung sind aus folgenden Elementen gebildet:
Zwischen den Motoren ist eine drehbar gelagerte, mit einem Zahnrad versehene Hohlwelle angeordnet, in die die Gewindespindel bei Rückstellung bzw. Öffnung der Spannvorrichtung eintauchen kann.

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Auf den Abtriebswellen der beiden Motoren sind mit dem Zahnrad der Hohlwelle im Eingriff stehende Antriebsritzeln angeordnet und zwischen der Hohlwelle und der Gewindespindel ist ein mit der Hohlwelle drehbares und mit der Gewindespindel im Eingriff stehendes Übertragungselement angeordnet, das bevorzugt in Form einer Kugelumlaufmutter ausgebildet ist.

Diese im wesentlichen bekannten Einrichtungsbauteile schaffen aber in Verbindung mit dem neuertigen Einbau zweier Motoren für dem Antrieb der Spannvorrichtung die Voraussetzung für eine möglichst kompakte Bauweise und auch zweckmäßige Montagehandhabung des Antriebes, und zwar nicht nur hinsichtlich eines möglichst geringen Abstandes der Seitenwände des Gehäuse, sondern auch hinsichtlich möglichst geringer Abmessungen in Erstreckungsrichtung des Spannarmes der Spannvorrichtung.
So ist das vorerwähnte Übertragungselement in einer topfartigen Erweiterung am oberen Ende der Hohlwelle angeordnet.
Das Zahnrad und die mit diesem im Eingriff stehenden Antriebsritzel sind am unteren Endbereich der Hohlwelle angeordnet, wobei in Verbindung damit der untere, den unteren Endbereich der Hohlwelle, das Zahnrad und die Antriebsritzel aufnehmende Teil des Gehäuses diesem als lösbares Gehäuseteil zugeordnet ist. Damit ist nicht nur eine günstige Montage geschaffen, sondern dieser Teil des Antriebes ist auch bequem von unten her im Bedarfsfall zugänglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht' darin, daß das untere Ende der Hohlwelle den Boden des Gehäuses mindestens bündig mit diesem abschließend durchgreift und mit einem Fremdantriebs-Anschlußelement versehen ist. Dadurch bleibt die Spannvorrichtung auch bei Stromausfall oder Motorschaden betätigbar .

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Die neuartige Spannvorrichtung und weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erlätert.

Es zeigt

Fig.l einen Längsschnitt durch die Spannvorrichtung mit ihrem

Elektroantrieb;
Fig.2 in Seitenansicht die Spannvorrichtung gemäß Fig.l mit nur

hälftig dargestelltem Spannkopfgehäuse und
Fig.3 schematisch einen Schnitt durch den Antrieb in Höhe der

beiden Motoren.

Die elektrisch betätigbare Spannvorrichtung besteht nach wie vor aus einem an einem Spannkopf 1 angeordneten Elektroantrieb 2 zur Betätigung einer Gewindespindel 3, die mit der im Spannkopf 1 angeordneten Stellmechanik SM für den Spannarm 4 in Wirkverbindung steht. Der Spannkopf 1 mit seiner Stellmechanik SM und dessen Funktion bedarf dabei keine besonderen Erläuterung, da hinlänglich bekannt, ganz abgesehen davon, daß sich ein solcher Spannkopf bzw. eine solche Spannvorrichtung auch ohne weiteres mit einem pneumatischen oder hydraulischen Betätigungszylinder betreiben ließe, wobei lediglich die Gewindespindel 3 durch die Schubstange des jeweiligen Betätigungszylinders ersetzt würde.

Für die neuartige Spannvorrichtung ist nun unter Verweis auf die Fig.l und 3 wesentlich, daß der in einem Gehäuse 5 angeordnete Elektroantrieb 2 aus zwei sich in ihrer Leistung addierenden, synchron geschalteten Umkehrmotoren 6 gebildet ist, die mechanisch mit Einrichtungen 7 zur Wandlung ihrer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung des mit der Gewin

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despindel 3 in Verbindung stehenden ersten Gliedes der Stellmechanik SM gekoppelt sind. Die Achsen 8 der Motoren 6 und die sich mittig zwischen deren Achsen 8 erstreckende Achse 9 der Gewindespindel 3 stehen senkrecht auf einer gedachten Geraden 10 (siehe Fig.3) und die sich zur Geraden 10 parallel erstreckenden Seitenwände 11 des Gehäuses 5 sind mit einem Abstand A zueinander distanziert, der geringfügig größer (um die doppelte Wandstärke des Gehäuses 5) ist als der Durchmesser D der Motoren 6, für die im übrigen aus Kostengründen vorteilhaft handelserhältliche Großserien-Motoren zur Verwendung kommen.

Unter Verweis auf Fig.2 ist dieser Abstand A derart bemessen, daß dieser Abstand A vorzugsweise gleich oder im wesentlichen gleich ist der Breite B des auf dem Gehäuse 5 aufgesattelten Spannkopfes 1.

Die Einrichtunge 7 zur Wandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung bestehen im Einzelnen aus einer zwischen den Motoren 6 drehbar gelagerten, mit einem Zahnrad 12 versehenen Hohlwelle 13, in die die Gewindespindel 3 bei Axialverstellung eintaucht. Auf den Abtriebswellen 14 der beiden Motoren 6 sind mit dem Zahnrad 12 der Hohlwelle 13 im Eingriff stehende Antriebsritzel 15 angeordnet, deren Drehung damit der Hohlwelle 13 entsprechend übersetzt vermittelt und deren Drehung wiederum per vorzugsweise als Kugelumlaufmutter ausgebildetem Übertragungselement 16 als trarislatorische Verstellbewegung der Gewindespindel 3 übertragen wird.
Dieses Übertragungselement 16 bzw. Kugelumlaufmutter ist, wie aus Fig.l ersichtlich, fest in einer topfartigen Erweiterung 17 am oberen Ende der Hohlwelle 13 untergebracht, welche Erweiterung 17 gleichzeitig und wie angedeutet zur Axial - und Radiallagerung der Hohlwelle 13 an deren oberen Endbereich mit

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ausgenutzt ist. Bei dieser Ausführungsform gemäß Fig.l steht also die nicht drehende Gewindespindel 3 in direkter Verbindung mit dem ersten Glied der Stellmechanik.

Möglich ist aber auch, was nicht besonders dargestellt ist, da ohne weiteres vorstellbar, eine kinematische Umkehrung dahingehend, daß die Hohlwelle 13 mit der Stellmechanik SM verbunden ist. Die Erweiterung 17 ist dabei nach unten gerichtet, und die dann von den Zahnrädern 12,15 angetriebene Gewindespinel 3 greift von unten her in die Hohlwelle 13 ein. Statt des die Erweiterung 17 umfassenden Nadellagers in Fig.l muß dann für eine verdrehfeste, aber eine Axialverschiebung zulassende Halterung der Hohlwelle 13 gesorgt werden, d.h., bei einer solchen Ausführungsform steht die Gewindespindel 3 mit der Stellmechanik via Hohlwelle 13 in indirekter Wirkverbindung. Bevorzugt wird jedoch die in Fig.l dargestellte Ausführungsform, da mit geringerm Aufwand verbunden.

Das Zahnrad 12 und die mit diesem im Eingriff stehenden Antriebsritzel 15 der beiden Motoren 6 sind vorteilhaft und leicht zugriffszugänglich am unteren Endbereich der Hohlwelle 13, wie in Fig.l dargestellt, plaziert, wobei der untere, den unteren Endbereich der Hohlwelle 13, das Zahnrad 12 und die Antriebsritzel 15 aufnehmende Teil des Gehäuses 5 diesem als lösbares Gehäuseteil 5¹ zugeordnet ist.

Ebenfalls mit in Fig.l dargestellt ist die vorteilhafte Maßgabe, daß das untere Ende 18 der Hohlwelle 13 den Boden 19 des Gehäuses 5 durchgreift und mit einem Fremdantriebs-Anschlußelement 20 versehen ist. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei diesem Element bspw. einfach um ein Mehrkantsackloch, in das ein entsprechender bspw. Innensechskantschlüssel eingesteckt und damit bei Ausfall des motorischen

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Antriebes per Hand eine Verstellung der Spannvorrichtung vornehmen zu können.

An der rückwärtigen Schmalsseite 21 des Gehäuses 5 ist ein Steuerelektronikgehäuse 22 angebracht, das mit im Spannkopf 1 in herkömmlicher Weise angeordneten Endstellungsfühlern 23 in Verbindung steht.

Mit Rücksicht auf die Abfuhr der von den Motoren entwickelten Wärme kann das Gehäuse 5 im Bereich der Motoren 6 mit Wanddurchbrechungen 24 versehen werden, durch die eine direkte Wärmeabstrahlung ermöglicht wird. Abgesehen davon ist durch das insbesondere im Bereich der Motorenanordnung dünnwandige Gehäuse 5 per se zumindest für eine ausreichende Wärmeableitung gesorgt.

Was das die Motoren 6 aufnehmende Gehäuse 5 betrifft, so kann dieses vorteilhaft aus zwei Halbschalen 25 gebildet sein, die
bspw. im Druckgußverfahren hergestellt werden können.

Claims

1. Elektrisch betätigbare Werkstück-Spannvorrichtung, bestehend aus einem an einem Spannkopf (1) angeordneten Elektroantrieb (2) zur Betätigung einer Gewindespindel (3), die mit der im Spannkopf (1) angeordneten Stellmechanik (SM) für den Spannarm (4) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der in einem Gehäuse (5) angeordnete Elektroantrieb (2) aus zwei sich in ihrer Leistung addierenden, synchron geschalteten Umkehrmotoren (6) gebildet ist, die mechanisch mit Einrichtungen (7) zur Wandlung ihrer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung des mit der Gewindespindel (3) direkt oder indirekt in Wirkverbindung stehenden ersten Gliedes der Stellmechanik (SM) gekoppelt sind,
daß die Achsen (8) der Motoren (6) und die sich mittig zwischen deren Achsen (8) erstreckende Achse (9) der Gewindespindel (3), in Senkrechtprojektion gesehen, auf einer Geraden (10) liegen und daß sich die zur Geraden (10) parallel erstreckenden Seitenwände (11) des Gehäuses (5) mit einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind, der geringfügig größer ist als der Durchmesser (D) der Motoren (6).

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der Seitenwände (11) gleich oder im wesentlichen gleich ist der Breite (B) des auf dem Gehäuse (5) aufgesattelten Spannkopfes (1).

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtunge (7) zur Wandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung gebildet sind aus:
einer zwischen den Motoren (6) drehbar gelagerten, mit einem Zahnrad (12) versehenen Hohlwelle (13);
auf den Abtriebswellen (14) der beiden Motoren (6) sitzenden, mit dem Zahnrad (12) der Hohlwelle (13) im Eingriff stehenden Antriebsritzeln (15);
einem zwischen Hohlwelle (13) und Gewindespindel (3) angeordneten, mit der Hohlwelle (13) drehbaren und mit der Gewindespindel (3) im Eingriff stehenden Übertragungselement (16).

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (16) in Form einer Kugelumlaufmutter ausgebildet ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (16) in einer topfartigen Erweiterung (17) am oberen Ende der Hohlwelle (13) angeordnet ist.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (12) und die mit diesem im Eingriff stehenden Antriebsritzel (15) am unteren Endebereich der Hohlwelle (13) angeordnet sind.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (18) der Hohlwelle (13) den Boden (19) des Gehäuses (5) durchgreift und mit einem Fremdantriebs- Anschlußelement (20) versehen ist.

8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere, den unteren Endbereich der Hohlwelle (13), das Zahnrad (12) und die Antriebsritzel (15) aufnehmende Teil des Gehäuses (5) diesem als lösbares Gehäuseteil (5') zugeordnet ist.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der rückwärtigen Schmalsseite (21) des Gehäuses (5) ein Steuerelektronikgehäuse (22) angeordnet ist, das mit im Spannkopf (1) angeordneten Endstellungsgebern (23) in Verbindung steht.

10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) im Bereich der Motoren (6) mit Wanddurchbrechungen (24) versehen ist.

11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) aus zwei um Urformverfahren hergestellten Halbschalen (25) gebildet ist.