EP2218548B1

EP2218548B1 - Gelenkverbindung zum Umwandeln einer Linearbewegung in eine Schwenkbewegung und Spannvorrichtung mit einer solchen Gelenkverbindung

Info

Publication number: EP2218548B1
Application number: EP20100153862
Authority: EP
Inventors: David Fischer; Rudolf Kohlert
Original assignee: Ludwig Ehrhardt GmbH
Current assignee: Ludwig Ehrhardt GmbH
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: DE102009009235A1; EP2218548A2; EP2218548A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zum Umwandeln einer Linearbewegung in eine Schwenkbewegung mit einem linear bewegbaren Betätigungselement, mit einem an dem Betätigungselement angeordneten Kugelgelenkkopf, wobei der Kugelgelenkkopf zum mindestens teilweisen Übertragen der Linearbewegung des Betätigungselementes auf ein Drehelement mit dem Drehelement verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf Maschinen, Vorrichtungen und/oder Paletten mit einer solchen Gelenkverbindung.
Eine derartige Gelenkverbindung sowie eine entsprechende Spannvorrichtung sind aus der DE 43 07 058 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Spannvorrichtung mit einem Spannhebel, der zum Einsetzen oder Herausnehmen eines Werkstückes in einen Spannbereich einschwenkbar und aus diesem herausschwenkbar ist. Dabei ist die Gelenkverbindung derart ausgebildet, dass der Spannhebel mit seinem Drehgelenk in einer Schiebegelenknut verschieblich an einem Gehäuse gelagert ist und die Kippbewegung des Spannhebels über einen Spannkolben erfolgt. Hierbei wird die Kraft des Spannkolbens auf den Spannhebel mittels eines Kugelbolzens übertragen.
Nachteilig ist hierbei, dass die Drehachse des Spannhebels verschieblich gestaltet ist. Hierdurch sind bei quer zur Spannrichtung bzw. Hauptwirkrichtung auf den Spannhebel wirkenden Kräften lediglich Reibkräfte auf das Gehäuse übertragbar. Bei quer zur Hauptwirkrichtung wirkenden Kräften wirkt mindestens eine Kraftkomponente in Längsrichtung der Schiebegelenknut. Diese in Längsrichtung der Schiebegelenknut wirkenden Kräfte werden nicht vom Gehäuse aufgenommen, sondern wirken auf den Spannkolben selbst. Hierdurch besteht jedoch die Gefahr, dass die Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt wird und/oder die übertragbaren Spannkräfte reduziert werden.
Des Weiteren ist die Drehachse des verschiebbaren Gelenkes hohen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere bei hohen Belastungen kann sich die Gelenkachse durchbiegen. Somit besteht die Gefahr, dass die Bauelemente bezüglich der verschiebbaren Drehachse des Spannhebels einem erhöhten Verschleiß unterliegen, wodurch die Funktionsfähigkeit gefährdet sein kann oder ein erhöhter Wartungsbedarf besteht. Des Weiteren ist eine derartige Gelenkverbindung nur unzureichend für eine raumsparende Konstruktion einer Spannvorrichtung geeignet. Zudem schwächt die Schiebegelenknut in Abhängigkeit von ihrer Anordnung das Gehäuse oder den Spannhebel, welche sich insbesondere bei hohen Belastungen verziehen können. Aufgrund eines Durchbiegens der Drehachse und/oder des Gehäuses bzw. Spannhebels wird beispielsweise bei einer Spannvorrichtung die maximale Spannkraft auf ein Werkstück begrenzt.
Die SU 1 202 786 A1 zeigt eine Spanvorrichtung, bei der ein Spannhebel ein Langloch aufweist, in dem ein feststehender Stift zur Führung des Spannhebels angeordnet ist. Der Spannhebel wird mittels einer gelenkig an dem Spannhebel angeordneten Gelenkstange für eine Verschiebebewegung zum Werkstück hin und vom Werkstück weg entlang des Langloches bzw. des Stiftes verschoben. Das Verspannen erfolgt mittels eines linear bewegbaren Betätigungselementes.
Der DE 30 01 404 A1 ist eine Spannvorrichtung zu entnehmen, bei der zum Aufbringen der Spannkraft ein linear bewegbares Betätigungselement vorgesehen ist. Zusätzlich ist eine weitere Kolbeneinheit vorgesehen, die mit Gelenkstangen zusammenwirkt. Die Gelenkstangen sind gelenkig mit einem Spannhebel verbunden und bewirken zusätzlich zu einer Verschwenkbewegung eine Verschiebebewegung des Spannhebels.
Es ist das der Erfindung zugrunde liegende Problem, eine Gelenkverbindung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein unmittelbares Einwirken von, insbesondere quer zur Hauptwirkrichtung, auf das Drehelement wirkenden Kräften auf das Betätigungselement möglichst weitgehend vermieden wird. Zudem sollte die Montage erleichtert und der Raumbedarf verringert sein. Hierbei muss insbesondere in Bezug auf eine Spannvorrichtung ein großer Schwenkwinkel realisierbar sein, um einen Spannhebel in und aus einem Spannbereich zu schwenken. Zugleich muss eine funktionssichere Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Spannhebel realisiert sein, damit auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen wie Spänen, Kohlmitteln und/oder dergleichen mehr, ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist. Zudem sollte die Anzahl der Bauteile reduziert werden, wodurch der Montageaufwand sowie die Herstellungs- und Montagekosten reduzierbar sind.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dadurch gelöst, dass das Drehelement an einer örtlich feststehenden Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Lagerung des Drehelementes und der Kugelgelenkkopf verschiebbar in dem Drehelement geführt ist.
Die örtlich feststehende Drehachse ist derart ausgeführt, dass ein entsprechendes stationäres Gelenk die auf sie wirkenden Belastungen, insbesondere aus verschiedenen Richtungen, aufnimmt. Hierbei ist einerseits aufgrund der fehlenden Verschiebbarkeit der Drehachse des Drehelementes eine hohe Betriebszuverlässigkeit gegeben und andererseits sind Gelenkverbindungen mit geringen Ausmaßen realisierbar. Hierdurch sind insbesondere sehr kompakte Spannvorrichtungen, beispielsweise mit einem schlanken Gabelkopf zur Aufnahme bzw. Lagerung eines Spannhebels, herstellbar. Eine örtlich feststehende Drehachse ist jedoch erst dadurch realisierbar, dass die Linearbewegung des Betätigungselementes mittels eines in dem Drehelement verschiebbaren Kugelgelenkkopfes auf das Drehelement übertragbar und hierbei in eine Schwenkbewegung umwandelbar ist. Nach einer weiteren auch eigenständig anwendbaren Ausführungsform ist der Kugelgelenkkopf verschiebbar mit einer Schiebeführung, insbesondere einer Leiste, verbunden, wobei die Schiebeführung fest an dem Drehelement angeordnet ist. Somit lassen sich Drehelemente durch die Montage einer geeignet gestalteten Leiste derart ausrüsten oder nachrüsten, dass mittels der Aufnahme des Kugelgelenkkopfes in der Leiste eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung auf einfache Weise herstellbar ist.
Nach einer Weiterbildung ist der Kugelgelenkkopf in einer Nut des Drehelementes verschiebbar geführt. Die Nut ist insbesondere auf der dem Betätigungselement zugewandten Seite des Drehelementes angeordnet. Der Kugelgelenkkopf ist derart in der Nut des Drehelementes, insbesondere aufgrund geeigneter Schultern der Nut, aufgenommen, dass eine separate Stiftverbindung zwischen Kugelgelenkkopf und Drehelement vermieden ist. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen Bauelemente und damit zugleich der Montageaufwand sowie die Herstellungs- und Montagekosten reduziert. Vorzugsweise ist der Kugelgelenkkopf für einen sicheren Halt in Richtung der Linearbewegung von der Nut mindestens teilweise umfasst, wobei zur Aufnahme und/oder Führung eines Kugelgelenkkopfhalses in einem dem Betätigungselement zugewandten Bereich der Nut ein Durchbruch vorgesehen ist. Das Umfassen des Kugelgelenkkopfes erfolgt insbesondere mittels geeigneter Schultern der Nut. Diese Schultern dienen zum Zurückführen des Drehelementes, beispielsweise eines als Spannhebel ausgebildeten Drehelementes aus dem Spannbereich heraus. Dabei reichen Punktkontakte des Kugelgelenkkopfes mit den Schultern für eine hinreichende Rückholkraft aus. Aufgrund der Punktanlage des Kugelgelenkkopfes auf den Schultern der Nut ist beispielsweise bei einer Spannvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung gewährleistet, dass die Funktionsfähigkeit, insbesondere aufgrund einer Ansammlung von Schmutzpartikeln, wie beispielsweise Späne, nicht gefährdet ist. Der Kugelgelenkkopf ist mittels des Kugelgelenkkopfhalses mit dem Betätigungselement verbunden. Zur Aufnahme und/oder Führung des Kugelgelenkkopfhalses weist der Durchbruch eine Breite auf, die geringer als der maximale Durchmesser des Kugelgelenkkopfes und etwas breiter als der Durchmesser des Kugelgelenkkopfhalses ist.
Vorzugsweise ist der Kugelgelenkkopf in einem verschiebbaren Führungselement, insbesondere verdrehbar, aufgenommen. Das verschiebbare Führungselement kann als eine Druckschale ausgebildet sein. Somit sind verschiedene Nutquerschnitte realisierbar, wobei der Kugelgelenkkopf mittels eines entsprechend des Nutquerschnittes geeignet ausgebildeten Führungselementes verschiebbar in dem Drehelement bzw. der Nut des Drehelementes geführt ist. Hierbei ist der Kugelgelenkkopf, insbesondere in Längsrichtung der Nut, verdrehbar in dem Führungselement gelagert. Hierdurch ist ein großer Schwenkwinkel für das Drehelement erreichbar. Im Allgemeinen ist eine Verdrehbarkeit des Kugelgelenkkopfes in dem Führungselement quer zur Längsrichtung der Nut entbehrlich. Beispielsweise ist die Drehachse bezüglich ihrer Längsachse rechtwinklig zur Längsrichtung der Nut angeordnet. Weiter kann das Drehelement derart in einem Gehäuse, insbesondere einem Gabelkopf, angeordnet sein, dass das Drehelement nur in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse verdrehbar ist. Somit ist der Kugelgelenkkopf nach einer alternativen auch eigenständig anwendbaren Ausführungsform als ein Gelenkkopf, insbesondere ein Stiftgelenk, ausgebildet, wobei ausschließlich eine Verdrehbewegung des Gelenkkopfes rechtwinklig zur Längsrichtung der Drehachse realisierbar ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittelpunkt des Kugelgelenkkopfes, insbesondere aufgrund des Führungselementes, exzentrisch zu einem Mittelpunkt der Nut und/oder des Führungselementes in Richtung des Durchbruches verschoben. Vorzugsweise ist das Führungselement innerhalb der Nut und von dem Durchbruch abgewandt angeordnet. Hierbei ist die Nut insbesondere als eine Bohrung mit einem kreiszylindrischen Querschnitt ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Führungselement aufgrund der Aufnahme des Kugelgelenkkopfes und einer Anlage des Kugelgelenkkopfes an der Nut im Bereich des Durchbruches mittig in Längsrichtung der Nut zentriert. Insbesondere aufgrund einer Anlage des Kugelgelenkkopfes an geeigneten Schultern der Nut im Bereich des Durchbruches und des von dem Durchbruch abgewandt angeordneten Führungselementes sowie der im Querschnitt als zylindrische Bohrung ausgebildeten Nut ist durch die exzentrische Anordnung des Kugelgelenkkopfes innerhalb der Nut gewährleistet, dass sich das Führungselement selbstständig mittig in Längsrichtung der Nut zentriert.
Nach einer weiteren Ausführungsform liegt der Mittelpunkt des Kugelgelenkkopfes in einer ersten Endstellung des Drehelementes über einer Auflageebene des Drehelementes, wobei vorzugsweise ein Auflagepunkt in der Auflageebene auf der von dem Kugelgelenkkopf abgewandt liegenden Seite der Drehachse liegt. Hierdurch ist, insbesondere bei einer sehr kompakten Bauweise, beispielsweise einer Spannvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung, ein hinreichender Hubweg des Betätigungselementes realisierbar. Bei einer Spannvorrichtung entspricht die Auflageebene einer Spannebene, in der ein als Spannhebel ausgebildetes Drehelement in der ersten Endlage auf einem Werkstück aufliegt.
Vorzugsweise ist die Drehachse des Drehelementes mit dem Auflagepunkt des Drehelementes auf der quer, insbesondere rechtwinklig, zur Richtung der Linearbewegung ausgerichteten Auflageebene angeordnet. Hierdurch ergibt sich insbesondere bei einer Spannvorrichtung eine ideale Auflageebene in der Gestalt einer Spannebene, wodurch eine hohe Spannkraft mittels des Drehelementes über den Auflagepunkt in beispielsweise ein zu spannendes Werkstück eingeleitet werden kann.
Nach einer weiteren Ausführung ist die Nut für eine hinreichende Hebelwirkung in der ersten Endstellung mit einem spitzen Winkel, bevorzugt mit einem Winkel zwischen 1° ° und 45°, besonders bevorzugt mit einem Winkel von 10°, zu der Auflageebene geneigt. Vorzugsweise liegt ein Schnittpunkt der Auflageebene mit einer hierzu geneigten Mittelpunktlinie der Nut und/oder des Führungselementes auf der von dem Kugelgelenkkopf abgewandt liegenden Seite der Drehachse. Hierbei ergibt sich die Hebelwirkung bzw. ein Hebelarm unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen dem Abstand des Kugelgelenkkopfes, insbesondere dessen Mittelpunkt, und der Drehachse einerseits sowie dem Abstand der Drehachse und dem Auflagepunkt andererseits. Ein Neigungswinkel von 10° hat sich hierbei in der Praxis im Zusammenhang mit Spannvorrichtungen, insbesondere auch bei austauschbaren Spannhebeln mit unterschiedlichen Ausladungen bzw. Auskraglängen, als ein hinreichendes geometrisches Mittel ergeben, um auch eine ausreichende Hebelwirkung am Auflagepunkt des Spannhebels zu bewirken. Aufgrund des über der Auflageebene des Drehelementes liegenden Mittelpunktes des Kugelgelenkkopfes in der ersten Endstellung des Drehelementes entsteht, insbesondere beim Spannen bei einer Spannvorrichtung, am Mittelpunkt des Kugelgelenkkopfes eine rechtwinklig zur Linearbewegung des Betätigungselementes ausgerichtete Kraftkomponente durch die Reibung des Führungselementes in der Nut in Richtung der Drehachse. Hierdurch würde sich das verschieblich in der Nut geführte Führungselement in Richtung der Drehachse des Drehelementes bewegen und sich somit einseitig an den Kugelgelenkkopf anlegen. Dadurch würde das Betätigungselement seitlich ungleich belastet. Aufgrund der geneigten Nut wird nun aufgrund einer Keilschräge der das Führungselement verschiebenden Kraft entgegengewirkt. Hierdurch wird eine einseitige Belastung des Kugelgelenkkopfes und damit auch des Betätigungselementes vermieden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Spannvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung weist die Spannvorrichtung ein Gehäuse und ein als Spannkolben ausgebildetes Betätigungselement zum Erzeugen einer Linearbewegung und einen an dem Spannkolben angeordneten Kugelgelenkkopf auf, wobei der Kugelgelenkkopf zum mindestens teilweise Übertragen der Linearbewegung des Spannkolbens auf ein als Spannhebel ausgebildetes Drehelement mit dem Spannhebel verbunden ist, der Spannhebel an einer örtlich feststehenden Drehachse drehbar gelagert ist wobei die Lagerung des Spannhebels stationär ist und der Spannhebel derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass der Spannhebel nur in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse verdrehbar ist und der Kugelgelenkkopf verschiebbar in dem Spannhebel geführt ist. Vorzugsweise ist der Spannhebel in einer ersten Endstellung, insbesondere zum Spannen eines Werkstückes, in einen Spannbereich eingeschwenkt und in einer zweiten Endstellung, insbesondere zum Einsetzen oder Herausnehmen des Werkstückes, aus dem Spannbereich herausgeschwenkt. Hierdurch wird das Einsetzen und/oder Herausnehmen des Werkstückes aus dem Spannbereich erleichtert.
Mittels des sich selbst zentrierenden Führungselementes im Zusammenhang mit dem exzentrisch in der Nut angeordneten Kugelgelenkkopf wird ein großer Schwenkwinkel des Spannhebels ermöglicht, ohne dass der Spannhebel mit dem Kugelgelenkkopfhals kollidiert. Aufgrund des großen Schwenkwinkels und des sich damit ergebenden ebenfalls großen Spannhebelschwenkes ist eine große Spannhebelausladung realisierbar. Gleichzeitig erlaubt die erfindungsgemäße Gelenkverbindung eine kompakte Bauweise der Spannvorrichtung, wobei gleichzeitig große Spannkräfte übertragbar sind. Weiter ist eine leichte Montage und/oder ein leichtes Austauschen des Spannhebels realisierbar, wobei insbesondere eine Stiftverbindung bei der Gelenkverbindung vermieden wird.
Von besonderem Vorteil ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung und/oder einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zum Spannen beim Bearbeiten und/oder Herstellen von Werkstücken.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 1: eine Spannvorrichtung mit einer Gelenkverbindung mit den Erfindungsmerkmalen in einer Seitenansicht,
Fig. 2: die Spannvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer ersten Endstellung in einem teilweisen geschnittenen Ausschnitt,
Fig. 3: die Gelenkverbindung gemäß Fig. 1 und 2 im Querschnitt, und
Fig. 4: die Spannvorrichtung gemäß Fig. 2 in einer zweiten Endstellung im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung 11 in einer Seitenansicht. Hierbei wird mittels der Gelenkverbindung 11 eine Linearbewegung eines Betätigungselementes 17 in eine Schwenkbewegung eines Drehelementes 20 um eine Drehachse 21 umgewandelt. Der Spannvorrichtung 10 ist ein Gehäuse 12 zu entnehmen, das einen Grundkörper 13 und einen Gabelkopf 14 aufweist.
Innerhalb des Grundkörpers 13 ist eine Zylinderbohrung 15 angeordnet, der einen Druckkolben 16 aufnimmt. Der Druckkolben 16 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein hydraulisch betriebener Druckkolben 16 ausgebildet. Auf der dem Gabelkopf 14 zugewandten Seite des Druckkolbens 16 ist an dem Druckkolben 16 ein Betätigungselement 17 angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 17 als ein Spannkolben 17 ausgebildet. An der von dem Druckkolben 16 abgewandten Seite des Spannkolbens 17 geht der Spannkolben 17 in einen Kugelgelenkkopfhals 18 über. Dieser Kugelgelenkkopfhals 18 trägt einen Kugelgelenkkopf 19.
An dem von dem Grundkörper 13 abgewandten Ende des Gabelkopfes 14 ist ein Drehelement 20 an dem Gabelkopf 14 montiert. Hierbei ist das Drehelement 20 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Spannhebel 20 ausgebildet. Der Spannhebel 20 ist an einer örtlich feststehenden, nämlich stationären, nicht verschiebbaren Drehachse 21 mittels einer Gelenkachse 22 drehbar gelagert.
Auf der dem Kugelgelenkkopf 19 zugewandten Seite des Spannhebels 20 ist der Kugelgelenkkopf 19 in einem Führungselement 23 aufgenommen. Der Kugelgelenkkopf 19 ist mittels des Führungselementes 23 in einer Nut 24 verschiebbar geführt. Die Nut 24 ist als eine durchgehende Bohrung innerhalb des Spannhebels 20 ausgebildet. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Gelenkverbindung 11 und damit die Spannvorrichtung 10, beispielsweise bei einer spanenden Bearbeitung, funktionstüchtig bleibt und die Entstehung eines Spänestaus weitgehend vermieden wird. Gegebenenfalls in die Nut 24 eintretende Verschmutzungen werden bei einer Verschiebung des Führungselementes 23, insbesondere im Zusammenspiel mit Abstreifkanten 35 an dem Führungselement 23, aus der Nut 24 herausgeschoben. Hierdurch wird auch ein Eindringen von Schmutzpartikeln in das Führungselement 23 hinreichend vermieden. Der Kugelgelenkkopf 19 ist, insbesondere zusammen mit dem Führungselement 23, zum Herstellen der Gelenkverbindung in eine Nutöffnung 36 der Nut 24 einführbar. Die Nutöffnung 36 ist an einem von der Drehachse 21 abgewandten Ende der Nut 24 angeordnet.
Der Fig. 1 ist die Spannvorrichtung 10 einerseits mittels der durchgezogenen Linien in einer ersten Endstellung sowie andererseits mittels der strichpunktierten Linien in einer zweiten Endstellung zu entnehmen. In der ersten Endstellung ist der Druckkolben 16 auf die dem Gabelkopf 14 zugewandten Seite der Zylinderbohrung 15 verfahren. Somit befindet sich der Spannkolben 17 in seiner maximal ausgefahrenen Position. In dieser Endstellung ist der Spannhebel 20 in einen Spannbereich 25 eingeschwenkt, so dass sich ein Auflagepunkt 26 in einer Auflageebene 27 befindet. In der ersten Endstellung liegt der Auflagepunkt 26 des Spannhebels 20 auf einem nicht näher dargestellten Werkstück auf. Hierdurch ist das Werkstück, beispielsweise auf einem Maschinentisch, festgespannt.
In der zweiten Endstellung ist der Druckkolben 16 an das dem Gabelkopf 14 abgewandte Ende der Zylinderbohrung 15 verfahren. Hierdurch ist der Spannkolben 17 in seiner eingefahrenen Position. Der Spannhebel 20 ist vollständig aus dem Spannbereich 25 herausgeschwenkt. Somit lassen sich in der zweiten Endstellung Werkstücke sehr einfach und weitgehend barrierefrei aus dem Spannbereich 25 entfernen und/oder in den Spannbereich 25 einbringen.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Spannvorrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung 11. Hierbei entspricht der Aufbau der der Spannvorrichtung 10 gemäß Fig. 1. Der Spannhebel 20 befindet sich in der ersten Endstellung. Die Nut 24 ist bezüglich ihrer Mittelpunktlinie 28 um 10° zur Auflageebene 27 geneigt. Weiter ist der Mittelpunkt 29 des Kugelgelenkkopfes 19 einerseits über der Auflageebene 27 und andererseits unterhalb der Mittelpunktlinie 28 der Nut 24 angeordnet. Die Mittelpunktlinie 28 der Nut 24 schneidet sich in einem dem Spannbereich 25 zugewandten Schnittpunkt 30 mit der Auflageebene 27. Ferner weist der Spannhebel 20 auf der dem Spannbereich 25 zugewandten Seite einen Schlitz 31 auf. Dieser Schlitz 31 geht in die Nut 24 über, wodurch beispielsweise ein Spänestau oder die Ansammlung anderer Schmutzpartikel innerhalb der Nut 24 weitgehend vermieden wird und damit eine dauerhafte Funktionstüchtigkeit gewährleistet ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Spannhebels 20 gemäß Fig. 1 und 2. Die Nut 24 ist als eine kreiszylindrische Bohrung ausgebildet. An der dem Kugelgelenkkopfhals 18 zugewandten Seite weist die Nut 24 einen Durchbruch 32 zur Aufnahme und/oder Führung des Kugelgelenkkopfhalses 18 auf. Hierdurch bilden sich im Bereich des Durchbruchs 32 Schultern 33. Auf den Schultern 33 liegt der Kugelgelenkkopf 19 mittels einer Punktauflage auf. Hierdurch wird zugleich die Entstehung eines Spänestaus, beispielsweise bei einer spanenden Bearbeitung eines Werkstückes, weitgehend vermieden. Das Führungselement 23 wird aufgrund der exzentrischen Lage des Mittelpunktes 29 des Kugelgelenkkopfes 19 gemäß dem Pfeil 34 selbständig zentriert.
Fig. 4 zeigt die Spannvorrichtung 10 gemäß Fig. 2 in der zweiten Endstellung. Hierbei ist der Spannkolben 17 vollständig in dem Grundkörper 13 eingefahren. Das Führungselement 23 befindet sich an dem von der Drehachse 21 abgewandten Ende der Nut 24. Der Spannhebel 20 ist in dieser zweiten Endstellung vollständig aus dem Spannbereich 25 herausgeschwenkt.
Die Gelenkverbindung 11 zwischen dem Spannhebel 20 und dem Kugelgelenkkopf 19 ermöglicht somit eine stationäre, stabile Lagerung des Spannhebels in einem Gabelkopf 14. Hierdurch sind kompakte Spannvorrichtungen realisierbar, die hinreichend große Spannkräfte zum Spannen eines Werkstückes übertragen. Zudem wird aufgrund der stiftlosen Verbindung zwischen dem Spannhebel 20, dem Führungselement 23 und/oder dem Kugelgelenkkopf 19 eine schnelle Montage bzw. ein einfacher Austausch des Spannhebels 20 durchführbar.

Bezugszeichenliste:

10: Spannvorrichtung
11: Gelenkverbindung
12: Gehäuse
13: Grundkörper
14: Gabelkopf
15: Zylinderbohrung
16: Druckkolben
17: Betätigungselement, Spannkolben
18: Kugelgelenkkopfhals
19: Kugelgelenkkopf
20: Drehelement, Spannhebel
21: Drehachse
22: Gelenkachse
23: Führungselement
24: Nut
25: Spannbereich
26: Auflagepunkt
27: Auflageebene
28: Mittelpunktlinie
29: Mittelpunkt
30: Schnittpunkt
31: Schlitz
32: Durchbruch
33: Schulter
34: Pfeil
35: Abstreifkante
36: Nutöffnung

Claims

Gelenkverbindung zum Umwandeln einer Linearbewegung in eine Schwenkbewegung mit einem linear bewegbaren Betätigungselement (17), mit einem an dem Betätigungselement (17) angeordneten Kugelgelenkkopf (19), wobei der Kugelgelenkkopf (19) zum mindestens teilweisen Übertragen der Linearbewegung des Betätigungselementes (17) auf ein Drehelement (20) mit dem Drehelement (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (20) an einer örtlich feststehenden Drehachse (21) drehbar gelagert ist, wobei die Lagerung des Drehelementes (20) stationär und der Kugelgelenkkopf (19) verschiebbar in dem Drehelement (20) geführt ist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgelenkkopf (19) in einer Nut (24) des Drehelementes (20) verschiebbar geführt ist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgelenkkopf (19) zum sicheren Halten des Kugelgelenkkopfes (19) in Richtung der Linearbewegung von der Nut (24) mindestens teilweise umfasst ist, wobei zur Aufnahme und/oder Führung eines Kugelgelenkkopfhalses (18) in einem dem Betätigungselement (17) zugewandeten Bereich der Nut (24) ein Durchbruch (32) vorgesehen ist, der Schultern (33) zum Umfassen des Kugelgelenkkopfes (19) bildet.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgelenkkopf (19) in einem verschiebbaren Führungselement (23), insbesondere verdrehbar, aufgenommen ist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunkt (29) des Kugelgelenkkopfes (19), insbesondere aufgrund eines Führungselementes (23) nach Anspruch 4, exzentrisch zu einer Mittelpunktlinie (28) der im Querschnitt kreiszylindrischen Nut (24) in Richtung des Durchbruches (32) verschoben ist.
Gelenkverbindung nach einer Kombination der Ansprüche 1 bis 4 oder 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (23) innerhalb der Nut (24) und von dem Durchbruch (32) abgewandt angeordnet ist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (23) aufgrund der Aufnahme des Kugelgelenkkopfes (19) und einer Anlage des Kugelgelenkkopfes (19) an der Nut (24) im Bereich des Durchbruches (32) mittig in Längsrichtung der Nut (24) zentriert ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (29) des Kugelgelenkkopfes (19) in einer ersten Endstellung eines als Spannhebel ausgebildeten Drehelementes (20) über einer Auflageebene (27) des Drehelementes (20) liegt, wobei ein Auflagepunkt (26) des Spannhebels in der Auflageebene (27) auf der von dem Kugelgelenkkopf (19) abgewandt liegenden Seite der Drehachse (21) liegt und wobei die Drehachse (21) des als Spannhebel ausgebildeten Drehelementes (20) mit dem Auflagepunkt (26) auf der quer, insbesondere rechtwinklig, zur Richtung der Linearbewegung ausgerichteten Auflageebene (27) angeordnet ist.
Gelenkverbindung nach einer Kombination der Ansprüche 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (24) für eine hinreichende Hebelwirkung in der ersten Endstellung mit einem spitzen Winkel, bevorzugt mit einem Winkel zwischen 1° und 45°, besonders bevorzugt mit einem Winkel von 10°, zu der Auflageebene (27) geneigt ist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnittpunkt (30) der Auflageebene (27) mit einer hierzu geneigten Mittelpunktlinie (28) der im Querschnitt kreiszylindrischen Nut (24) auf der von dem Kugelgelenkkopf (19) abgewandt liegenden Seite der Drehachse (21) liegt.
Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf Maschinen, Vorrichtungen und/oder Paletten mit einer Gelenkverbindung (11) zum Umwandeln einer Linearbewegung in eine Schwenkbewegung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Gehäuse und mit einem als Spannkolben (17) ausgebildeten Betätigungselement (17) zum Erzeugen einer Linearbewegung, mit einem an dem Spannkolben (17) angeordneten Kugelgelenkkopf (19), wobei der Kugelgelenkkopf (19) zum mindestens teilweisen Übertragen der Linearbewegung des Spannkolbens (17) auf ein als Spannhebel (20) ausgebildetes Drehelement (20) mit dem Spannhebel (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannhebel (20) an einer örtlich feststehenden Drehachse (21) drehbar gelagert ist, wobei die Lagerung des Spannhebels (20) stationär ist und der Spannhebel (20) derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass der Spannhebel (20) nur in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse (21) verdrehbar ist, und der Kugelgelenkkopf (19) verschiebbar in dem Spannhebel (20) geführt ist.
Verwendung einer Spannvorrichtung (10) nach Anspruch 11 zum Spannen beim Bearbeiten und/oder Herstellen von Werkstücken.