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    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine preiswerte elektrische Klemmvorrichtung, bei welcher ein Gelenkstangenverbinder durch einen Elektromotor mit niedrigem Drehmoment betätigt werden kann. Die Vorrichtung umfasst einen Getriebegeschwindigkeitsreduziermechanismus, der mit dem Elektromotor verbunden ist, einen mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbundenen Verbinder, eine mit dem Verbinder verbundene Klemmarmwelle und einen Grundkörper zur Aufnahme dieser Elemente. Der Verbinder umfasst einen Kurbelverbinder, welcher mit einem Zahnrad der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbunden ist, einen Gleitstückverbinder, welcher an seinem einen Ende mit dem Kurbelverbinder verbunden ist und auf dem ein Gleitstück, welches sich entlang von Kurvenschienenflächen bewegt, drehbar angebracht ist, und einen Antriebshebel, mit welchem das andere Ende des Gleitstückverbinders verbunden ist und der von der Klemmarmwelle vorsteht.
    公开号:DE102004005014A1
    申请号:DE200410005014
    申请日:2004-01-30
    公开日:2004-08-12
    发明作者:Jeff Gerald Clinton Twp Kozlowski；Erick William Sterling Heights Rudaitis；Tom Frederick Troy Samrah；Kai Windsor Zhao
    申请人:SMC Corp；
    IPC主号:B25B5-06
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf eine elektrische Klemmvorrichtung zum Klemmen eines Werkstückes.
    [0002] In automatischen Montagelinien unddgl. in der Automobilindustrie werden Klemmvorrichtungen zum Klemmenvon Werkstückenregelmäßig eingesetzt.Herkömmlicherweisewird ein Fluiddruckzylinder als Antriebsquelle zum Antrieb der Klemmvorrichtungverwendet, wobei ein Klemmarm bspw. durch die Antriebskraft einesPneumatikzylinders gedreht wird, um eine Klemmkraft zu erzeugen.
    [0003] Die herkömmlichen Klemmvorrichtungenerfordern jedoch Druckluftleitungen. Die Verrohrung ist kompliziert,der Installationsraum wird durch die Vielzahl der für die Druckluftleitungenerforderlichen Rohre begrenzt, die Vorrichtung wird groß und die Kostenwerden durch Luftleckage oder dgl. erhöht.
    [0004] Zur Lösung dieses Problems ist eineelektrische Klemmvorrichtung bekannt, bei welcher ein Elektromotorals Antriebsquelle verwendet wird (vgl. bspw. das US-Patent 6,354,580).
    [0005] Bei dieser bekannten elektrischenKlemmvorrichtung wird jedoch die Antriebskraft des Elektromotors über einenGetriebemechanismus und einen Förderspindelmechanismusin eine lineare Bewegung umgewandelt und die durch den Förderspindelmechanismus übertragenelineare Bewegung wird übereine Kniehebelverbindung in eine Drehbewegung umgewandelt, um einenKlemmarm zu drehen. Da ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus an demGetriebemecha nismus und der Förderspindelwellevorgesehen ist, wird der Aufbau des Geschwindigkeitsreduziermechanismuskompliziert und die Kosten sind hoch.
    [0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegendenErfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine preisgünstige elektrischeKlemmvorrichtung vorzuschlagen, ohne die mit Druckluftleitungenverbundenen Probleme, wobei ein Kniehebelmechanismus durch einenElektromotor mit kleinem Drehmoment betätigt werden kann, welcher einegroße Klemmkraftaufbringt und Energie spart.
    [0007] Ferner ist angestrebt, eine elektrische Klemmvorrichtungvorzuschlagen, bei der die Klemmkraft unmittelbar vor der Klemmpositionvariabel einstellbar ist. Dies soll durch einfache Mittel, bspw.eine leichte Änderungvon Kurvenschienenflächenerfolgen.
    [0008] Zur Lösung dieser Aufgaben wird gemäß der vorliegendenErfindung eine elektrische Klemmvorrichtung mit den Merkmalen desAnspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0009] Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Klemmvorrichtungwerden ein Elektromotor, ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus,der durch eine mehrstufige Verzahnung gebildet wird, um die Drehgeschwindigkeitdes Elektromotors zu reduzieren, ein mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbundenerVerbinder und eine Klemmarmwelle, an welcher ein mit dem Verbinderverbundener Klemmarm angebracht ist, an einem Grundkörper gehalten.Der Verbinder umfasst einen Kurbelverbinder, welcher an seinem einenEnde drehbar mit einem Kurbelgetriebe verbunden ist, welches durchein Zahnrad der letzten Stu fe des Geschwindigkeitsreduziermechanismusgebildet wird und eine Drehbewegung des Zahnrades in eine Linearbewegungumwandelt, einen Gleitstückverbinder,der drehbar mit einem vorderen Ende eines Kurbelverbinders verbundenist und an einem mittleren Bereich so gebogen ist, dass ein Gleitstück, welchessich auf einer an dem Grundkörpervorgesehenen Kurvenschienenflächebewegt, drehbar an dem Bogen gehalten wird, und einen Antriebshebel,der von der Klemmarmwelle vorsteht, um mit einem vorderen Ende desGleitstückverbindersverbunden zu werden. Der Verbinder bildet einen Gelenkstangenverbinder(Kniehebel) zum stabilen Halten einer Klemmkraft des Klemmarmeszusammen mit der Kurvenschienenfläche.
    [0010] Die Kurvenschienenfläche derelektrischen Klemmvorrichtung wird durch eine lineare Kurvenfläche, welcheeinen Großteilder Längeder Kurvenschienenflächeausmacht, und eine gekrümmteKurvenflächein Form eines Bogens mit einem großen Krümmungsradius oder einer Kurve,welche sich dem Bogen annähert,in der Näheeines Endbereiches der Kurvenschienenfläche gebildet. In diesem Fallist die gekrümmteKurvenflächean einer Position vorgesehen, an welcher das Gleitstück in einemBereich von 5° unmittelbarvor der Klemmendposition des Klemmarmes rollt. Die gesamte Kurvenschienenfläche kannauch im Wesentlichen durch eine lineare Kurvenfläche oder dgl. gebildet werden.
    [0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsformder elektrischen Klemmvorrichtung umfasst die Vorrichtung außerdem einenBremsmechanismus zum Halten des Klemmarmes in einem offenen Zustand,wobei der Bremsmechanismus durch einen Bremsschuh aus einem weichenMaterial oder vorzugsweise einem gummiartigen elastischen Körper gebildet wird,welcher so angeordnet ist, dass er teilweise zwischen Zähne einesStirnrades mit großemDurchmesser des Geschwindigkeitsreduziermechanismus eintritt, welchesmit einem Stirnrad mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, dasan einer Abtriebswelle des Elektromotors befestigt ist, und durchein Magnetventil (Solenoid) zum Antreiben des Bremsschuhs in solchenRichtungen, dass der Bremsschuh in Kontakt mit den Zähnen desStirnrades tritt bzw. sich von diesen trennt.
    [0012] Bei der elektrischen Klemmvorrichtungist es möglich,dass ein Wellenende einer Getriebewelle des Stirnrades mit großem Durchmesser,das mit dem an der Abtriebswelle des Elektromotors befestigten Stirnradmit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, zur Außenseitedes Grundkörpersgewandt ist, und dass ein Verriegelungsbereich, der mit einem Handwerkzeuggedreht wird, an dem Wellenende vorgesehen ist, so dass der Klemmarmmanuell betätigtwerden kann. Außerdemist es möglich,dass ein Wellenende einer letztstufigen Getriebewelle des Geschwindigkeitsreduziermechanismuszur Außenseitedes Grundkörpersgewandt ist, dass an dem Wellenende eine Anzeige vorgesehen ist,und dass eine Winkelskala zum Ablesen eines Drehwinkels der Anzeigean dem Körpervorgesehen ist, um Anzeigemittel zur Anzeige eines Drehzustandesder Klemmarmwelle zu bilden.
    [0013] Die elektrische Klemmvorrichtungumfasst vorzugsweise außerdemeine Steuerung zur Steuerung der Betriebsweise der Vorrichtung,wobei ein Eingabesignalanschluss, zu welchem ein Signal zur Steuerungder elektrischen Klemmvorrichtung eingegeben wird, ein Ausgangssignalanschluss,von welchem ein Signal zur Bestätigungdes Öffnens/Schließens desKlemmarmes nach außenausgegeben wird, ein Positionssensor zum Aussenden eines Positionssignalesdes Klemmarmes, Einstellmittel zum Einstellen verschiedener Antriebsbedingungen,und eine Steuertafel, die Anzeigemittel zur Anzeige verschiedenerBetriebszuständeund abnormaler Bedingungen aufweist, über eine I/O-Schnittstellean einen Mikroprozessor in der Steuerung angeschlossen sind, denElektromotor, dessen Antrieb, Anhalten und Umschalten der Drehrichtunggesteuert werden, und ein Magnetventil eines Bremsmechanismus zumHalten des Klemmarmes in geöffnetemZustand.
    [0014] Da der Geschwindigkeitsreduziermechanismusnur durch mehrstufige Zahnrädergebildet wird, wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsreduziermechanismuseinfach und die Kosten könnenreduziert werden. Da die Geschwindigkeit des Kurbelmechanismus zurUmwandlung der Drehbewegung der Stirnverzahnung in die lineare Bewegungnahe dem Hubende reduziert wird, um den Schub zu erhöhen, istes möglich,ein Werkstück mithoher Kraft festzuklemmen, wobei der Kniehebelmechanismus durcheinen Motor mit niedrigem Drehmoment betätigt wird.
    [0015] Erfindungsgemäß wird der Verbinder durch denKurbelverbinder, der mit der letzten Stufe der Stirnverzahnung verbundenist, den Gleitstückverbinder,dessen Gleitstücksich auf der Kurvenschienenflächebewegt, und den Antriebshebel, der mit dem vorderen Ende des Gleitstückverbindersverbunden ist, gebildet. Wenn sich der Arm von der ganz geöffnetenPosition zu der ganz geschlossenen Position dreht, kann das Ausgangsdrehmomentdurch die Form der Kurvenschiene beliebig eingestellt werden. Dadurchist es möglich,eine geeignete Klemmkraft aufzubringen, bspw. eine plötzlicheZunahme der Klemmkraft nahe der Klemmposition trotz eines im Durchschnittgeringen Ausgangsdrehmomentes. Da die Reaktionskraft beim Klemmendes Werkstückes durchdie an dem Grundkörpervorgesehene Kurvenflächeaufgenommen wird, ist es möglich,die auf den Kurbelmechanismus und den Geschwindigkeitsreduziermechanismuswirkende Reaktionskraft zu reduzieren.
    [0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhandeines Ausführungsbeispielsund der Zeichnung näher erläutert. Dabeibilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmalefür sichoder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig vonihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
    [0017] 1 isteine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Klemmvorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung.
    [0018] 2 isteine perspektivische Ansicht der Ausführungsform, gesehen von dergegenüberliegendenSeite.
    [0019] 3 isteine Seitenansicht der Klemmvorrichtung von rechts in 1.
    [0020] 4 isteine Vorderansicht des Aufbaus eines Innenmechanismus der Klemmvorrichtung,wobei ein Grundkörperelementabgenommen ist.
    [0021] 5 istein Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
    [0022] 6 istein Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4.
    [0023] 7 isteine perspektivische Ansicht eines Geschwindigkeitsreduziermechanismusund eines Verbinders der vorliegenden Ausführungsform.
    [0024] 8 stelltvon einer Vorderseite einen Zustand dar, in welchem ein Klemmarmein Werkstück klemmt.
    [0025] 9 istein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmomentund der Geschwindigkeit füreinen Armwinkel des Klemmarmes der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung darstellt.
    [0026] 10 istein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmomentund der Geschwindigkeit fürden letzten Armwinkelbereich von 5°, bevor der Klemmarm die vollständig geschlossenePosition erreicht, darstellt.
    [0027] 11 isteine erläuterndeAnsicht der Drehung eines Verbinders in dem letzten Armwinkelbereichvon 5° (131° bis 135°) vor derKlemmposition des Verbinders.
    [0028] 12 isteine erläuterndeDarstellung der Drehung des Verbinders in dem letzten Armwinkelbereichvon 5° (131° bis 135°), wenn dieKurvenschiene linear ist.
    [0029] 13 istein Diagramm, welches die Klemmkräfte in den Fällen der 11 und 12 in dem letzten Armwinkelbereich von5° (86° bis 90°) vor der Klemmpositiongegenüberstellt.
    [0030] 14 istein Blockdiagramm einer Steuerung der Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    [0031] Die 1 bis 8 zeigen eine Ausführungsform einerelektrischen Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.Die elektrische Klemmvorrichtung 1 weist einen dünnen Grundkörper 2 mitim Wesentlichen rechteckiger parallelepipedförmiger Gestalt auf. Der Grundkörper 2 bestehtaus ersten und zweiten Elementen 2a und 2b mitgegenüberliegendenWandflächenund Umfangswandflächen.Die ersten und zweiten Elemente 2a und 2b werden durchEinschrauben einer Vielzahl von Kopplungsbolzen 3b in Gewindeöffnungen 3a,die an Eckbereichen des zweiten Elementes 2b vorgesehensind, von einer Außenseitedes ersten Elementes 2a gekoppelt, um einen durch die Wandflächen derersten und zweiten Elemente 2a und 2b in dem Grundkörper 2 umgebenenGehäuseraum 4 zubilden.
    [0032] An einem Endbereich des ersten Elementes 2a desGrundkörpers 2 sindein ausgesparter Bereich 3c zur Aufnahme eines Kopfbereicheseines Elektromotors 6 und eine Durchgangsöffnung,durch welche eine Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 eingesetzt ist,vorgesehen. Die Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 istdurch die Öffnungin den Gehäuseraum 4 in demGrundkörper 2 eingesetzt.Der Elektromotor 6 wird befestigt, wobei sein Kopfabschnittin den ausgesparten Bereich 3c des Elementes 2a eingesetzt ist.
    [0033] In dem Gehäuseraum 4 in dem Grundkörper 2 sind,wie in den 4, 6 und 7 darstellt, ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10,welcher durch eine Vielzahl von geradverzahnten Stirnrädern gebildetwird, zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 6a desElektromotors 6 und ein Verbinder 30, der mitdem Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 verbunden ist,aufgenommen.
    [0034] Der Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 umfasstein (geradverzahntes) Stirnrad 11 mit kleinem Durchmesser,das an der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 befestigtist, ein (geradverzahntes) Stirnrad 12 mit großem Durchmesser,das an einer ersten Getriebewelle 21 parallel zu der Abtriebswelle 6a desElektromotors 6 befestigt ist und mit dem ersten Stirnrad 11 inEingriff steht, ein (geradverzahntes) Stirnrad 13 mit kleinemDurchmesser, das an der ersten Getriebewelle 21 befestigtist, ein (geradverzahntes) Stirnrad 14 mit großem Durchmesser,das an einer zweiten Getriebewelle 22 befestigt ist undin Eingriff mit dem Stirnrad 13 steht, ein (geradverzahntes) Stirnrad 15 mitkleinem Durchmesser, das an der zweiten Getriebewelle 22 befestigtist, und ein (geradverzahntes), im Wesentlichen halbkreisförmiges Stirnrad 16 mitgroßemDurch messer, das an der dritten Getriebewelle 23 befestigtist und mit dem Stirnrad 15 in Eingriff steht.
    [0035] Da das Stirnrad 16 der letztenStufe, mit welchem ein Kurbelverbinder verbunden ist, als Kurbelgetriebedient, welches einen Klemmarm 44 in einem Bereich betätigt, indem sich das Stirnrad 16 im Wesentlichen um eine halbeUmdrehung dreht, kann das Stirnrad 16 die im WesentlichenhalbkreisförmigeGestalt aufweisen, so dass die andere Hälfte der Kreisform weggelassenwerden kann.
    [0036] Es bedarf keiner weiteren Erwähnung, dass dieStirnräder 11 bis 16 ander Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 bzw.den ersten bis dritten Getriebewellen 21 bis 23 befestigtsind. Wie in 6 dargestelltist, werden außerdembei den zweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23,bei welchen die Antriebskraft aufgrund der Geschwindigkeitsreduktion erhöht ist,Passfedern 17, 18 und 19 verwendet, um dieStirnräder 14 bis 16 entsprechendder Zunahme der Übertragungskraftfest mit den zweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23 zuverbinden.
    [0037] Die ersten bis dritten Getriebewellen 21 bis 23 werdendrehbar von Lagern gehalten, die an den gegenüberliegenden Wandflächen derersten und zweiten Elemente 2a und 2b vorgesehensind. Mit anderen Worten sind Lager 24a und 24b derersten Getriebewelle 21 jeweils durch Öffnungen eingesetzt und befestigt,die einander in den Wandflächender ersten und zweiten Elemente 2a und 2b zugewandt sind.Abdeckungen 27a und 27b, mit welchen die Durchgangsöffnungenverschlossen werden, werden durch Bolzen an den ersten und zweitenElementen 2a und 2b befestigt. Lager 25a und 25b bzw. 26a und 26b derzweiten und dritten Getriebewellen 22 und 23 werdenin ähnlicherWeise in Durchgangsöffnungen eingesetztund befestigt, die einander in den Wandflächen der ersten und zweitenElemente 2a und 2b zugewandt sind. Abdeckungen 28a und 28b bzw. 29a und 29b sindan den Durchgangsöffnungenangebracht.
    [0038] Daher wird die Drehung der Abtriebswelle 6a desElektromotors 6 von dem auf der Abtriebswelle 6a sitzendenStirnrad 11 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 12 mitgroßemDurchmesser übertragen,wobei die Drehgeschwindigkeit verringert wird. Die Drehung des Stirnrades 12 wird über die Getriebewelle 21 unddas Stirnrad 13 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 14 mitgroßemDurchmesser, das auf der zweiten Getriebewelle 22 sitzt, übertragen.Die Drehung des Stirnrades 14 wird über die Getriebewelle 22 unddas Stirnrad 15 mit kleinem Durchmesser auf das Stirnrad 16 mitgroßemDurchmesser übertragen.Somit wird die Drehung des Elektromotors 6 auf das Stirnrad 16 derletzten Stufe übertragen,wobei die Drehgeschwindigkeit durch die mehrstufige Verzahnung wesentlichreduziert und das Drehmoment erhöhtist.
    [0039] Die Verbindung 30 umfasstden Kurbelverbinder 31, dessen eines Ende über einenStift 32 drehbar mit dem Stirnrad 16 der letztenStufe verbunden ist (vgl. 4 und 7). Der Kurbelverbinder 31 dientder Umwandlung einer Drehbewegung des Stirnrades 16 ineine geradlinige Bewegung. Ein Ende eines Gleitstückverbinders 33 istdrehbar mit einem vorderen Ende des Kurbelverbinders 31 verbunden.Der Gleitstückverbinder 33 istan seinem mittleren Bereich gebogen. Durch eine an der Biegung vorgeseheneKurvenfolgewelle 36 sind Kurvenfolgeelemente (Gleitstücke) 35 drehbargehalten (vgl. 4). Dasvorderer Ende des Gleitstückverbinders 33 wird durcheine Verbindungswelle 43 drehbar mit einem vorderen Endeeines Antriebshebels 41 verbunden, der von einer Klemmarmwelle 40,welche durch den Grundkörper 2 drehbargehalten wird, vorsteht. Die Biegung des Gleitstückverbinders 33 wirddurch Biegen des Gleitstückverbinders 33 umeinen im Wesentlichen rechten Winkel oder einen Winkel, welchersich dem rechten Winkel annähert,gebildet, wobei das vordere Ende des Gleitstückverbinders 33 demvorderen Ende des Antriebshebels 41 zugewandt ist.
    [0040] Wie in 7 dargestelltist, haben die Gleitstücke 35 dieForm eines Paares von Walzen, die an gegenüberliegenden Enden der Gleitstückwelle 36, welchevon dem Gleitstückverbinder 33 gehalten wird,getragen werden. Der Grundkörper 2 weisteinen Schienenkörper 37 miteinem Paar von Kurvenschienenflächen(Kurvenschienen) 38 auf, die mit beiden Gleitstücken 35 korrespondieren,so dass die Gleitstücke 35 entlangfestgelegter Wege rollen können.Die Kurvenschienen 38 erstrecken sich in linearen Richtungen,in welchen sich das vordere Ende des Kurbelverbinders 31 bewegt.Sie sind so geformt, dass eine festgelegte Klemmkraft erreicht wird.Dies wird späternäher beschrieben.Im Einzelnen kann jede Kurvenschiene 38 eine im Ganzenim Wesentlichen lineare Gestalt haben (vgl. 12) oder durch eine den wesentlichenTeil der Längeder Kurvenschiene bildende lineare Kurvenfläche 38a und eine anschließende Kurvenfläche 38b inForm eines Bogens mit großemKrümmungsradiumoder einer sich dem Bogen annäherndenKurve nahe einem Endbereich (Klemmkrafterzeugungsbereich) gebildetwerden (vgl. 7 und 11).
    [0041] Die zur Drehung durch den Antriebshebel 41 angetriebeneKlemmarmwelle 40 umfasst ein Wellenende 40a, welchesvon dem Grundkörper 2 vorsteht undals winklige Welle ausgebildet ist (vgl. 2). Ein Basisende des Klemmarmes 44 istan dem Wellenende 40a befestigt (vgl. 8). Die Klemmarmwelle 40 ist über einPaar von Lagerelementen 45a und 45b drehbar andem Grundkörper 2 angebracht (vgl. 5). Die Lagerelemente 45a und 45b sindin Durchgangsöffnungenangebracht, die an gegenüberliegendenPositionen der ersten und zweiten Elemente 2a und 2b ausgebildetsind, und werden durch Abdeckungen 46a und 46b gehalten,die durch Bolzen an den Elementen 2a und 2b befestigtsind.
    [0042] Bei dem wie oben aufgebauten Verbinder 30 wirddie Drehbewegung als lineare Bewegung auf den Kurbelverbinder 31 übertragen,wenn das Stirnrad 16 der letzten Stufe durch den Antriebdes Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 von einer in gestricheltenLinien dargestellten Positionen in einer durch einen Pfeil angedeutetenRichtung zu einer durch durchgezogene Linien dargestellten Position gedrehtwird (4). Da das andereEnde des Gleitstückverbinders 33,welcher mit dem vorderen Ende des Kurbelverbinders 31 verbundenist, mit dem an der Klemmarmwelle 40 befestigten Antriebshebel 41 verbundenist, bewegt sich der Gleitstückverbinder 33 zuder in 4 in durchgezogenenLinien dargestellten Position, wobei die an der Biegung des Gleitstückverbinders 33 vorgesehenenGleitstücke 35 in Kontaktmit den Kurvenschienenflächen 38 des Schienenkörpers 31 tretenund an diesen entlang rollen und der Gleitstückverbinder 33 selbstsich um die Gleitstückwelle 36 dreht,wobei der Antriebshebel 41 von einer in gestrichelten Liniengezeigten Position zu einer in durchgezogenen Linien dargestelltenPosition gedreht wird. Hierdurch wird der Klemmarm 44 durchdie Klemmarmwelle 40 angetrieben und dreht sich in einemBereich von 135° (8).
    [0043] Die durch den Kurbelverbinder 31,den Gleitstückverbinder 33 undden Antriebshebel 41 gebildete Verbindung 30 bildeteine Gelenkstangenverbindung (Kniehebel) zum stabilen Halten derKlemmkraft des Klemmarmes 44 zusammen mit den Kurvenschienen 38,auf welchen das Gleitstück 35 rollt.
    [0044] 8 zeigteinen Zustand, in welchem ein auf einem Klemmtisch T platziertesWerkstückW mittels der elektrischen Klemmvorrichtung 1 geklemmt wird,wobei Zuständedargestellt sind, in welchen sich der Klemmarm 44 in derKlemmposition (vollständiggeschlossene Position des Klemmarmes), 3° vor dieser Position und 135° vor derKlemmposition (in einer vollständiggeöffnetenPosition des Klemmarmes) befindet.
    [0045] 9 zeigtdie Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment und der Geschwindigkeitdes Klemmarmes fürArmbereiche von der vollständiggeöffnetenPosition (0°)zu der vollständiggeschlossenen Position (135°)des Klemmarmes, wenn die Kurvenschienen 38 des Schienenkörpers 37 derelektrischen Klemmvorrichtung 1 die in den 4 und 7 dargestelltenGleitflächen 38a und 38b aufweisen. 10 zeigt das Ausgangsdrehmomentund die Geschwindigkeit des Klemmarmes für den abschließenden Armwinkelbereichvon 5° bevorder Klemmarm 45 die vollständig geschlossene Positionerreicht, wobei die horizontale Achse den Armwinkel in vergrößertem Maßstab darstellt.
    [0046] Die zur Messung des Ausgangsdrehmomentsund der Geschwindigkeit verwendete elektrische Klemmvorrichtungist die in 8 dargestellte Vorrichtung,bei welcher die Entfernung zwischen einem Klemmbereich an einemvorderen Ende des Klemmarmes 44 und dem Drehzentrum desKlemmarmes 44 76,2 mm beträgt, und die Ausgangsleistungdes Elektromotors 100 W beträgt.
    [0047] Gemäß 9 ist die Durchschnittsgeschwindigkeitdes Klemmarmes von der vollständig geöffnetenPosition zu der vollständiggeschlossenen Position etwa 135°/s.Nahe der vollständiggeöffnetenPosition ist die Geschwindigkeit kleiner als die Durchschnittsgeschwindigkeit,sie erhöhtsich jedoch, wenn sich der Armwinkel von der vollständig geöffnetenPosition vergrößert, erreichtden Maximalwert bei einem Armwinkel von etwa 90°, wird dann stark verringertbis der Arm eine Position (Armwinkel von etwa 132°) unmittelbarvor der vollständiggeschlossenen Position erreicht, und ist sehr niedrig aber stabil,wenn der Arm den Winkel von etwa 132° nahe der Klemmposition überschreitet(vgl. 10). Dies unddie Tatsache, dass lediglich eine Sekunde erforderlich ist, um denKlemmarm von der vollständigoffenen Position zu der vollständiggeschlossenen Position zu drehen, sind bei der Betätigung des Klemmarmeshoch erwünscht.
    [0048] Hinsichtlich des Ausgangsdrehmomentsdes Klemmarmes ist festzustellen, dass das Durchschnittsausgangsdrehmomentvon der vollständig geöffnetenPosition zu der vollständiggeschlossenen Position 42,4 Nm beträgt, also sehr klein ist, wobei dasDrehmoment unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Position (Armwinkelvon etwa 132°) starkzunimmt (vgl. 10). DieseVeränderungdes Outputs ist bei dem Klemmarm hocherwünscht, da dies ermöglicht,das Werkstückmit großerKraft zu klemmen, auch wenn der Motor klein ist und nur ein geringesDrehmoment aufbringt.
    [0049] Wenn alle Kurvenschienenflächen 38 des Schienenkörpers 37 durchdie lineare Kurvenfläche 38a unddie gekrümmteKurvenfläche 38b,welche durch den Bogen mit großemKrümmungsradiusoder eine den Bogen annäherndeKurve gebildet wird, wie es in den 4 und 7 dargestellt ist, gebildetwerden, kann das stabile und hohe Ausgangsdrehmoment unmittelbarvor der vollständiggeschlossenen Position des Klemmarmes 44 erreicht werden.Durch Änderungder Form der Kurvenschienenflächen 38 ist esjedoch möglich,das Ausgangsdrehmoment beliebig einzustellen. Die Kurvenschienenflächen 38 können durchAustausch des Schienenkörpers 37 leicht verändert werden.
    [0050] Die 11 und 12 dienen der Erläuterung vonUnterschieden des Rollzustandes der Verbindung nahe der Klemmpositionund der Klemmkraft bei unterschiedlichen Kurvenschienenflächen. 11 zeigt das Rollverhaltender Verbindung in dem letzten Armwinkelbereich von 5° (131–135°) vor Erreichender Klemmposition der Verbindung 30 in einem Fall, in welchemder Schienenkörper 37 mitden Kurvenflächen 38a und 38b deroben beschriebenen Ausführungsformverwendet wird. 12 zeigtdas ähnlicheRollverhalten der Verbindung in einem Fall, in dem lineare Kurvenschienenflächen 38 eingesetzt werden.
    [0051] 13 stelltdie Klemmkräftebei den Fällen der 11 und 12 einander gegenüber, wobei eine Kurve C1 dieKlemmkraft im Falle der 11 darstellt,währenddie Kurve C2 die Klemmkraft fürden Fall der 12 darstellt.In 13 hat die KurvenC1 eine ähnlicheTendenz wie die im Fall der 10,jedoch ergibt sich aus 11,dass die Klemmkraft nach dem Armwinkel von 132° im Wesentlichen konstant bleibt,weil die Kurvenschienenflächen 38 die bogenför mige Kurvenfläche 38b imAnschluss an die lineare Kurvenfläche 38a aufweisen,welche leicht gegenüberder Kurvenfläche 38a zurückgesetztist. Im Fall der Kurve C2 steigt die Klemmkraft von dem Armwinkelvon etwa 134° ausstark an. Daraus ergibt sich, dass die Klemmkraft, d.h. das Ausgangsdrehmoment,durch leichtes Ändernder Kurvenschienenflächenbeliebig eingestellt werden kann.
    [0052] Als nächstes werden ein Bremsmechanismus 50,ein Handbetätigungsmechanismus 55 und dgl.für dieelektrische Klemmvorrichtung 1 erläutert.
    [0053] Der Bremsmechanismus 50 für die elektrischeKlemmvorrichtung 1 dient dem Halten des Klemmarmes 44 ineinem geöffnetenZustand. Wenn der Klemmarm 44 geöffnet ist, wird die Positiondes Klemmarmes 44 durch einen Positionssensor erfasst,der späterbeschrieben wird, und der Klemmarm 44 durch eine dynamischeBremse des Elektromotors 6 angehalten, wenn der Klemmarm 44 eine festgelegtePosition erreicht. Nach dem Anhalten des Klemmarmes 44 wirddieser durch den Bremsmechanismus 50 gehalten.
    [0054] Wie sich aus 4 ergibt, umfasst der Bremsmechanismus 50 eineBremsschuh 51 aus einem weichen Material, der so angeordnetist, dass er teilweise zwischen die Zähne des Stirnrades 12,welches mit dem ersten Stirnrad 11 des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 inEingriff steht, eintritt, sowie ein Magnetventil (Solenoid) 52 zumAntreiben des Bremsschuhs zu und weg von den Zähnen des Stirnrades 12.Wenn der Klemmarm 44 in einem geöffneten Zustand ist, drückt derBremsmechanismus 50 den Bremsschuh 51 gegen dieZähne des Stirnrades12, um die Bewegung des Klemmarmes 44 zu behindern. DerBremsschuh 51 kann bspw. durch einen gummiartigen elastischenKörpergebildet werden. Mit dem so aufgebauten Bremsmechanismus 50 istes möglich,eine stabile Bremswirkung zu erzielen, auch wenn sich die Stopppositiondes Klemmarmes 44 ändert.
    [0055] Bei der elektrischen Klemmvorrichtung 1 weistdie Getriebewelle 21 des zweiten Stirnrades 12, welchesmit dem ersten Stirnrad 11 des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 inEingriff steht, den Handbetätigungsmechanismus 55 zummanuellen Drehen des Stirnrades 12 auf. Der Handbetätigungsmechanismus 55 wirddadurch gebildet, dass ein Wellenende der Getriebewelle 21 einerkleinen Öffnung,die in der Abdeckung 27a des Wellenendes vorgesehen ist,zugewandt ist und indem ein Verriegelungsbereich 56, bspw.in Form einer Nut oder dgl., in welchen ein vorderes Ende einesHandwerkzeugs, bspw. eines Schraubendrehers, eingesetzt werden kann,an dem Wellenende vorgesehen wird (vgl. 4, 6 und 8). Da der Handbetätigungsmechanismus 55 ander Getriebewelle nahe dem Elektromotor 6 vorgesehen ist,ist es einfach, den Klemmarm 44 bei einem Stromausfalloder einer Fehlfunktion mit dem Schraubendreher oder dgl. manuellanzutreiben. Wenn der Klemmarm 44 bei geklemmtem Werkstück anhält, istes bspw. möglich,den Klemmarm 44 manuell zu drehen, um den Klemmzustandaufzuheben.
    [0056] Außerdem kann die elektrischeKlemmvorrichtung 1 Anzeigemittel 60 zur Anzeigeeines Drehzustandes des Klemmarmes 40 aufweisen, wie esin 8 dargestellt ist.Die Anzeigemittel 60 werden gebildet, indem ein Wellenendeder Getriebewelle 23 des Stirnrades 16 der letztenStufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 10 einemin der Abdeckung 29a vorgesehenen kleinen Loch zugewandtist und indem ein Indikator 61 an dem Wellenende vorgesehenwird. Ferner ist eine Winkelskala 62 zum Ablesen einesDrehwinkels des Indikators 61 an dem Umfang des Wellenendesan dem Grundkörperelement 2a vorgesehen.Der Indikator 61 kann durch eine lineare Aussparung oderVorsprung oder einen Pfeil, der in der Endfläche der Getriebewelle 23 ausgebildetist, gebildet werden. Das Bezugszeichen 63 in 8 bezeichnet einen Hilfsstromzufuhranschluss.
    [0057] Als nächstes wird ein Steuersystemder elektrischen Klemmvorrichtung 1 mit Bezug auf 14 erläutert.
    [0058] Die elektrische Klemmvorrichtung 1 weist eineSteuerung (Controller) 70 zur Steuerung des Antriebs derKlemmarmwelle 40 durch den Elektromotor 6, desBetriebes des Bremsmechanismus 50 und dgl. und zur Ausführung erforderlicherBetriebsanzeigen auf (vgl. 4).
    [0059] Zur Steuerung durch die Steuerung 70 weist dieelektrische Klemmvorrichtung 1 einen Positionssensor 65 zurErfassung einer Drehposition der Klemmarmwelle 40 nahedem an der Abtriebswelle 6a des Elektromotors 6 befestigtenStirnrad 11 auf. Der Positionssensor 65 erfasstdie Position des Klemmarmes 44 als Pulszahl, indem dieZahl der vorbeitretenden Zähnedes Stirnrades 11 gezähltwird.
    [0060] Die Steuerung 70 ist miteinem unabhängig vorgesehenenSequenzer oder dgl. übereinen Inputsignalanschluss 71 und einen Outputsignalanschluss 72 verbunden(vgl. 4, in welcherein zusammengebauter Zustand des Grundkörpers 2 dargestelltist, und das Blockdiagramm gemäß 14, in welcher der Aufbauder Vorrichtung dargestellt ist). Ein Signal zur Steuerung der elektrischenKlemmvorrichtung 1 wird durch den Inputsignalanschluss 71 eingegeben, während einSignal zur Bestätigungder Öffnungs-/Schließpositionder Klemme durch den Outputsignalanschluss 72 abgegebenwird. Die Steuerung 70 umfasst einen Mikroprozessor, mitwelchem die Anschlüsse 71 und 72 über eineI/O-Schnittstelle verbunden sind. Der Positionssensor 75 istmit dem Mikroprozessor durch die I/O-Schnittstelle verbunden. DiePosition des Klemmarmes 44 wird über die Schnittstelle an denMikroprozessor übermittelt.Eine Steuertafel 73 ist mit dem Mikroprozessor durch die I/O-Schnittstelleverbunden. Die Steuertafel 73 weist Einstellmittel zumEinstellen verschiedener Bedingungen und Anzeigemittel zur Anzeigeverschiedener Betriebszustände,abnormaler Bedin gungen und dgl. der Klemmvorrichtung 1 auf,was späterim Einzelnen beschrieben wird.
    [0061] Ein Spannungssensor zur Überprüfung, ob einegeeignete Spannung verwendet wird, und ein RAM-Speicher zum Speichernverschiedener Informationen sind dem Mikroprozessor hinzugefügt. Durchden Mikroprozessor werden der Antrieb, das Anhalten und das Umschaltender Drehrichtung des Elektromotors 6 über einen Motorantrieb gesteuert. Hierbeiwird ein Strom zum Antreiben des Elektromotors 6 in einemStromerfassungskreis erfasst und zu dem Mikroprozessor zurückgeführt, umden Elektromotor 6 zu regeln. Außerdem wird ein Signal zu einemMagnetventil 52 des Bremsmechanismus 50 ausgegeben,um die Drehung der Klemmarmwelle 40 durch den Motorantriebanzuhalten.
    [0062] Ein von dem Mikroprozessor zur Steuerung desElektromotors 6 und des Magnetventils 72 an denMotorantrieb gesandtes Signal wird auf der Basis des Signals vondem Positionssensor 65, eines in den Einstellmitteln derSteuertafel 73 eingestellten Wertes, eines Signals vondem RAM-Speicher oder dem Signal von dem Inputsignalanschluss 71 ausgegeben.Bspw. wird durch das Signal von dem Positionssensor 65 festgestellt,dass der Klemmarm die Klemmposition oder eine Arm-offen-Positionerreicht hat, und der Elektromotor 6 wird angehalten oderdas Magnetventil 52 eingeschaltet.
    [0063] Die Steuertafel 73 weistaußerdemverschiedene Einstellmittel und die Anzeigemittel auf. Als Einstellmittelsind ein Öffnungsschalter 74 undSchließschalter 75,durch welcher ein Bediener den Klemmarm 44 manuell öffnet undschließt,ein Winkelwähler 76,durch welchen der Bediener einen Öffnungswinkel des Klemmarmes 44 einstellt,wenn der Klemmarm 44 zurückkehrt, ein Outputwähler 77,durch weichen der Bediener die Gesamtklemmkraft von dem offenenZustand zu einem Zustand 5° vordem geschlossenen Zustand des Klemmarmes 44 einstellenkann, und dgl. vorgesehen. Als Anzeigemittel sind eine Vielzahl vonAnzeigelampen (lichtaussendende Dioden, LEDs) 81 bis 87 zurAnzeige von Betriebsbedingungen und abnormalen Bedingungen des Klemmarmes 44 vorgesehen.Die Anzeigelichter sind an einer LED-Tafel 67 an einerSteuerabdeckung 66, die an einer Seitenkante des Grundkörpers 2 angebracht sind,vorgesehen (vgl. 4).Das Licht der Anzeigeleuchten kann durch die Steuerungsabdeckung 66 erkanntwerden. Das Anzeigelicht 81 liefert bspw. eine Anzeigedurch Überwachendes Hilfsstromzufuhranschlusses, die Anzeigeleuchten 82 und 83 liefernAnzeigen durch Überwachender Eingabe eines Offen-Signals und eines Geschlossen-Signals des Klemmarmes 44,die Anzeigeleuchten 84 und 85 liefern Anzeigendurch Überwachendes Erreichens der Offen-Position und der Geschlossen-Position durch denKlemmarm, und die Anzeigeleuchten 86 und 87 werdendazu verwendet, verschiedene abnormale Bedingungen anzuzeigen, indemsie eingeschaltet werden, ausgeschaltet werden, schnell blinken,langsam blinken oder dgl.
    [0064] Wie in 4 dargestelltist, sind in der Steuerungsabdeckung 66 an der einen Seitenkantedes Grundkörpers 2 eineCPU-Platine 68, die einen Teil des Mikroprozessors bildet,und eine Antriebsplatine 69, die den Motorantrieb in derSteuerung 70 bildet, zusammen mit der LED-Platine 67 aufgenommen.
    [0065] Mit der wie oben aufgebauten Steuerung 70 istes möglich,den Elektromotor 6 und den Bremsmechanismus 70 entsprechendProgrammen, die in dem RAM-Speichergespeichert sind, zu steuern.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Elektrische Klemmvorrichtung, mit einem Elektromotor(6), einem Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10),welcher durch mehrstufige Zahnräder(11 bis 16) gebildet wird, um eine Drehgeschwindigkeitdes Elektromotors (6) zu reduzieren, einem Verbinder (30),welcher mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus verbunden ist,und einer Klemmarmwelle (40), an welcher ein mit dem Verbinder (30)verbundener Klemmarm (44) angebracht ist, an einem Grundkörper, wobeider Verbinder (30) einen Kurbelverbinder (31), welcherdrehbar an seinem einen Ende mit einem Kurbelgetriebe verbundenist, das durch ein Zahnrad (16) der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus(10) gebildet wird und eine Drehbewegung des Zahnrades(16) in eine lineare Bewegung umwandelt, einen Gleitstückverbinder(33), welcher drehbar mit einem vorderen Ende des Kurbelverbinders(31) verbunden ist und an einem mittleren Bereich so gebogenist, dass ein Gleitstück(35), welches sich auf einer Kurvenschienenfläche (38),die an dem Grundkörper(2) vorgesehen ist, bewegt, drehbar auf der Biegung gehaltenwird, und einen Antriebshebel (41), welcher von der Klemmarmwelle vorsteht,um mit einem vorderen Ende des Gleitstückverbinders (33)verbunden zu werden, umfasst, und wobei der Verbinder (30)einen Gelenkstangenverbinder zum stabilen Halten einer Klemmkraftdes Klemmarmes (44) zusammen mit der Kurvenschienenfläche (38)bildet.
    [2] Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Kurvenschienenfläche (38) durch eineeinen Großteilder Länge derKurvenschienenfläche(38) bildende lineare Kurvenfläche (38a) und einedurch einen Bogen mit großemKrümmungsradiusoder eine sich dem Bogen annäherndeKurve gebildete gekrümmteKurvenfläche(38b) nahe einem Endbereich der Kurvenschienenfläche (38)gebildet wird.
    [3] Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die gekrümmte Kurvenfläche (38b)an einer Position liegt, an welcher das Gleitstück (35) in einem Bereichvon 5° unmittelbarvor der endgültigenKlemmposition des Klemmarmes (44) rollt.
    [4] Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenschienenfläche (38)im Wesentlichen durch eine lineare Kurvenfläche gebildet wird.
    [5] Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 2 oder4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitstück (35) aus einemPaar von Walzen besteht, die an gegenüberliegenden Seiten einer Gleitstückwelle desGleitstückverbinders(33) getragen werden und sich auf der Kurvenschienenfläche (38)rollend bewegen.
    [6] Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch einen Bremsmechanismus (50) zum Haltendes Klemmarmes (44) in einem geöffneten Zustand, wobei derBremsmechanismus (50) einen Bremsschuh (51) auseinem weichen Material, welcher so angeordnet ist, dass er teilweisezwischen Zähneeines Zahnrades (12) mit großem Durchmesser des Geschwindigkeitsreduziermechanismus(10}, welches mit einem an einer Abtriebswelle (6a)des Elektromotors (6) befestigten Zahnrad (11)mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht, und ein Magnetventil(52) zum Antreiben des Bremsschuhs (51) in solchen Richtungen,dass der Bremsschuh (51) in bzw. außer Kontakt mit den Zähnen desZahnrades (12) tritt, aufweist.
    [7] Elektrische Klemmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass der Bremsschuh ein gummiartiger elastischerKörperist.
    [8] Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenende einer Getriebewelle(21) des Zahnrades (12) mit großem Durchmesserdes Geschwindigkeitsreduziermechanismus (10), welches mitdem an der Abtriebswelle (6a) des Elektromotors (6)befestigten Zahnrad (11) mit kleinem Durchmesser in Eingriffsteht, der Außenseitedes Grundkörpers(2) zugewandt ist, und dass ein Verriegelungsbereich zurDrehung mit einem Handwerkzeug an dem Wellenende vorgesehen ist,damit der Klemmarm (44) manuell betätigt werden kann.
    [9] Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenende einer Getriebewelle(23) der letzten Stufe des Geschwindigkeitsreduziermechanismus(10) der Außenseitedes Grundkörpers (2)zugewandt ist, dass an dem Wellenende ein Indikator (61)vorgesehen ist und dass eine Winkelskala (62) zum Ableseneines Drehwinkels des Indikators (61) an dem Grundkörper (2)vorgesehen ist, um Anzeigemittel (60) zur Anzeige einesDrehzustandes der Klemmarmwelle (40) zu bilden.
    [10] Elektrische Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch eine Steuerung (70) zur Steuerungder Betätigungder Vorrichtung, wobei ein Inputsignalanschluss (71), demein Signal zum Steuern der elektrischen Klemmvorrichtung (1)eingegeben wird, ein Outputsignalanschluss (72), von demein Signal zur Überprüfung des Öffnens/Schließens desKlemmarmes (44) nach außen ausgegeben wird, ein Positionssensor(65) zum Aussenden eines Signals der Position des Klemmarmes(44), Einstellmittel zum Einstellen verschiedener Antriebsbedingungenund eine Steuertafel (73) mit Anzeigemitteln zum Anzeigenverschiedener Betriebszuständeund abnormaler Bedingungen mit einem Mikroprozessor in der Steuerung(70) durch eine I/O-Schnittstelleverbunden sind, wobei der Elektromotor (6), dessen Antrieb,Anhalten und Umschalten der Drehrichtung gesteuert werden, und einMagnetventil (52) des Bremsmechanismus (50) zumHalten des Klemmarmes (44) in einem geöffneten Zustand durch einenMotorantrieb mit dem Mikroprozessor verbunden sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US6869068B2|2005-03-22|
    FR2850598B1|2006-09-15|
    US20040150149A1|2004-08-05|
    FR2850598A1|2004-08-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-08-12| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-06-17| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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