EP2548700A1

EP2548700A1 - Pneumatisch betriebenes Arbeitsgerät

Info

Publication number: EP2548700A1
Application number: EP11005938A
Authority: EP
Inventors: Luciano Migliori
Original assignee: Univer SpA
Current assignee: Univer SpA
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: EP2548700B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät (1), insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kraftfahrzeug-Industrie, mit einem insbesondere doppelt wirkenden Zylinder (2), der ein Zylindergehäuse (3), einen in diesen verschieblichen Kolben (4) und eine mit diesem verbundene, linear verschiebliche und aus dem Zylindergehäuse (3) herausgeführte Kolbenstange (5) zum Betätigen eines Arms, insbesondere Spannarms oder Schwenkarms (48), des Arbeitsgerätes (1) aufweist. Bei einem solchen Arbeitsgerät ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der außerhalb des Zylindergehäuses (3) angeordnete Bereich der Kolbenstange (5) innerhalb eines Kopfgehäuses (14) des Arbeitsgerätes (1) angeordnet ist und mindestens ein Schaltelement (26, 27) aufnimmt, das mit einer im Kopfgehäuse (14) gelagerten Abfrageeinrichtung (29) mit Sensormitteln (31) zur Erfassung einer Stellung des Schaltelements (26) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfrageeinrichtung (29) ein Stellteil (30) aufweist, dass bei Kontakt von Schaltelement (26, 27) und Stellteil (30) entgegen einer Rückstellkraft verschieblich ist, sowie die Sensormittel (31) mindestens einen elektrischen Sensor (33, 34) zum Erfassen der Position des Stellteils (30) bezüglich des Sensors (33, 34) aufweisen. Bei einem solchen Arbeitsgerät kann die Endstellung des mindestens einen Schaltelements bei einfacher Gestaltung Sensormittel der Abfrageeinrichtung erfasst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch betriebenes Arbeitsgerät, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kraftfahrzeug-Industrie, mit einem insbesondere doppelt wirkenden Zylinder, der ein Zylindergehäuse, einen in diesem verschieblichen Kolben und eine mit diesem verbundene, linear verschiebliche und aus dem Zylindergehäuse heraus geführte Kolbenstange zum Betätigen eines Arms, insbesondere Spannarms oder Schwenkarms, des Arbeitsgeräts aufweist, wobei der außerhalb des Zylindergehäuses angeordnete Bereich der Kolbenstange innerhalb eines Kopfgehäuses des Arbeitsgeräts angeordnet ist und mindestens ein Schaltelement aufnimmt, das mit einer im Kopfgehäuse gelagerten Abfrageeinrichtung mit Sensormitteln zur Erfassung einer Stellung des Schaltelements versehen ist.
Derartige Arbeitsgeräte, bei denen die Kolbenstange über einen Kniehebel auf den Arm, insbesondere Spannarm oder Schwenkarm, des Arbeitsgeräts einwirkt, werden üblicherweise als Kniehebelspannvorrichtung oder Kniehebelschwenkvorrichtung bezeichnet.
Bei dem Arbeitsgerät mit Spannarm kommt diesem in aller Regel die Aufgabe zu, ein Werkstück bzw. einen Gegenstand zu spannen. In der einen Endstellung des verschieblichen Kolbens nimmt der Spannarm seine Spannstellung ein, während in der anderen Endstellung des Kolbens der Spannarm sich in der geöffneten Stellung befindet. Die Kolbenstange kann in Ihrer Länge einstellbar sein, so dass unterschiedliche Öffnungswinkel des Spannarms mittels des Arbeitsgeräts darstellbar sind. In diesem Fall wird mittels der Abfrageeinrichtung einerseits dieselbe Stellung des Schaltelements in der Spannstellung des Spannarms und eine in Abhängigkeit von der gewählten Länge der Kolbenstange variable Stellung eines anderen Schaltelements mittels der Abfrageeinrichtung abgefragt.
Ein derartiges Arbeitsgerät, das als Kniehebelspannvorrichtung ausgebildet ist, ist in der EP 2 055 430 A1 beschrieben. Es weist ein Schaltelement auf, das mit dem Teil der Kolbenstange verbunden ist, das axial zum Kolben festgelegt ist, ferner ein weiteres Schaltelement auf, das mit dem Teil der Kolbenstange verbunden ist, das nicht axial zum Kolben festgelegt ist. Erfasst wird die Stellung des Kolbens des doppelt wirkenden Zylinders mittels der Abfrageeinrichtung, die zwei Sensormittel aufweist, die bei Kontaktierung mit den beiden Schaltelementen in deren Endstellungen beaufschlagt werden. Da der Abstand dieser Sensormittel im Wesentlichen dem Abstand der beiden Schaltelemente in Längserstreckung der Kolbenstange entspricht, ist bei diesem Arbeitsgerät eine relativ große Erstreckung der Abfrageeinrichtung im Bereich der Sensormittel in Längserstreckung der Kolbenstange erforderlich. Hierdurch geht wesentlicher Anbauraum zum Befestigen des Arbeitsgeräts im Bereich des Kopfgehäuses verloren. Eine ähnlich gestaltete Kniehebelspannvorrichtung ist in der EP 1 849 559 A1 beschrieben.
Arbeitsgeräte, die gemäß den Merkmalen der eingangs genannten Art gestaltet sind und einen Schwenkarm aufweisen, dienen dem Zweck, einen mit dem Schwenkarm verbundenen bzw. an diesem befestigten Gegenstand bzw. Werkstück um einen definierten Winkel zu schwenken. Solche Arbeitsgeräte können gleichfalls als Kniehebelschwenkvorrichtung ausgebildet sein, womit die Kolbenstange über einen Kniehebel auf den Schwenkarm einwirkt. In der einen Endstellung des Kniehebels, in dem Kniehebelabschnitte im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander bilden, befindet sich der Gegenstand bzw. das Werkstück in einer Endstellung. In der entgegengesetzten Endstellung des Kolbens ist der Gegenstand bzw. das Werkstück aus dieser Endstellung herausgeschwenkt, in die andere Endstellung. Somit ist es in aller Regel nicht erforderlich, den Befestigungswinkel des Schwenkarms verstellen zu können, womit nur zwei Schwenkwinkel erforderlich sind. Eine Kniehebelschwenkvorrichtung ist beispielsweise in der DE 20 2004 019 495 U1 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Arbeitsgerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Endstellung des mindestens einen Schaltelements bei vereinfachter Gestaltung der Sensormittel der Abfrageeinrichtung erfasst werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe bei einem Arbeitsgerät der eingangs genannten Art dadurch, dass die Abfrageeinrichtung ein Stellteil aufweist, dass bei Kontakt von Schaltelement und Stellteil entgegen einer Rückstellkraft verschieblich ist, sowie die Sensormittel mindestens einen elektrischen Sensor zum Erfassen der Position des Stellteils bezüglich des Sensors aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitsgerät ist somit ein verschiebliches Stellteil vorgesehen, das beim Anfahren der Endstellung von Kolben bzw. Kolbenstange bzw. zugeordnetem Schaltelement vom Schaltelement kontaktiert wird und über dieses, entgegen der Rückstellkraft, verschoben wird. Diese Verschiebung wird von dem dem Schaltelement zugeordneten elektrischen Sensor erfasst, womit die Position, insbesondere Endposition, dieses Schaltelements abgefragt wird. Nimmt die Kolbenstange ein zweites Schaltelement auf, das der entgegengesetzten Endposition des Kolbens bzw. der Kolbenstange zugeordnet ist, kontaktiert dieses Schaltelement kurz vor Erreichen der Endstellung des Kolbens das Stellteil und verschiebt es entgegen der auf dieses Stellteil ausgeübten Rückstellkraft, womit ein weiterer elektrischer Sensor die Position dieses Stellteils erfasst und damit diese Position des Schaltelements abgefragt wird.
Demzufolge bedingt das verschiebliche Stellteil, dass dieses nur um eine geringe Stelllänge von dem einen Schaltelement bzw. in entgegengesetzten Richtungen von den beiden Schaltelementen zu verschieben ist, womit der elektrische Sensor zum Erfassen der Position des Stellteils nur relativ geringe Abmessungen in Verschieberichtung der Kolbenstange aufweisen muss. Insgesamt kann dieser den Sensor bzw. die Sensoren aufweisende Bestandteil der Abfrageeinrichtung demnach sehr kompakt gestaltet sein. Da der Sensor bzw. die Sensoren vorzugsweise außerhalb des Kopfgehäuses angeordnet sind, insbesondere die Sensoren aufweisenden Sensormittel dort mit dem Kopfgehäuse verbunden sind, wird nur wenig Bauraum dort benötigt, womit ein recht großer Bauraum zum Anbringen bzw. Lagern des Arbeitsgeräts vorhanden ist.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Sensormittel außerhalb des Kopfgehäuses angeordnet sind. Hierbei ist der jeweilige Sensor vorzugsweise als elektrischer, insbesondere elektronischer Sensor ausgebildet. Die Anordnung der Sensormittel außerhalb des Kopfgehäuses hat den großen Vorteil, dass keine auf die Sensormittel abgestimmte Gestaltung des Arbeitsgerätes im Bereich des Innenraums des Kopfgehäuses vorzusehen ist. Es ist nur erforderlich, das verschiebliche Stellteil im Kopfgehäuse zu lagern und Mittel am Stellteil vorzusehen, die nach außerhalb des Kopfgehäuses geführt sind, so dass diese dann mit den Sensormitteln zusammenwirken können. Unter diesem Aspekt wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Stellteil im Wesentlichen innerhalb des Kopfgehäuses angeordnet ist und einen Ansatz aufweist, der ein Loch im Kopfgehäuse durchsetzt, wobei die Sensormittel, somit der Sensor oder die Sensoren, dem Erfassen der Position bzw. der Positionen des Ansatzes dient. Wegen des relativ kurzen Verschiebeweges des Stellteils reicht es völlig aus, wenn das Loch als schmaler, länglicher Schlitz im Gehäuse in Verschieberichtung des Stellteils ausgebildet ist. Die Länge des Schlitzes entspricht im Wesentlichen dem Verstellweg des Ansatzes zuzüglich der Erstreckung des Ansatzes in Längserstreckung der Kolbenstange. Die Breite des Schlitzes ist etwas breiter zu wählen als die Breite des Ansatzes. Da der Schlitz im Kopfgehäuse somit nur recht geringe Abmessungen aufweisen muss, ist auch nur ein minimaler Zugangsbereich zum Kopfgehäuse gebildet, womit es nicht nennenswert erforderlich ist, das Kopfgehäuse dort nach außen abzudichten.
Es wird als besonders zweckmäßig angesehen, wenn die Sensormittel, insbesondere der oder die Sensoren, im Bereich der Lagerung des jeweiligen Sensors im Kopfgehäuse, in einem Gehäuseabschnitt gelagert sind, der einteilig ist. Demnach ist es nicht erforderlich, das Kopfgehäuse im Bereich der Sensormittel zu unterteilen, insbesondere in einer Ebene, die senkrecht zur Längserstreckung der Kolbenstange verläuft. Dies führt dazu, dass das Kopfgehäuse im Bereich der Lagerung des bzw. der Sensoren baulich besonders einfach gestaltet werden kann. So kann die Abfrageeinrichtung im Bereich der Sensormittel eine viereckige Grundfläche aufweisen, wobei die Sensormittel im Bereich dieser Grundfläche mit dem Kopfgehäuse verbunden sind.
Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kolbenstange zwei Schaltelemente aufnimmt, und das Stellteil mittels der zwei Schaltelemente in entgegengesetzten Richtung jeweils entgegen der Rückstellkraft verschieblich ist, und die Abfrageeinrichtung der Erfassung einer Stellung des jeweiligen Schaltelements dient. Unter diesem Aspekt ist das Stellteil beispielsweise derart ausgebildet, dass es zwei Abschnitte aufweist, die in den Bewegungsweg der beiden Schaltelemente bei Bewegung der Kolbenstange ragen. Diese beiden Abschnitte sind insbesondere als Vorsprünge ausgebildet, die senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange angeordnet sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei nicht mittels des oder der Schaltelemente verschobenem Stellteil dieses eine Neutralstellung einnimmt, in der der Sensor die Position des Stellteils nicht erfasst. Somit erfasst nur bei mittels des oder der Schaltelemente verschobenem Stellteil der Sensor die Position des Stellteils.
Die Sensormittel, somit der oder die Sensoren, können auf unterschiedlichste Art und Weise gestaltet sein, sofern sie geeignet sind, die in der einen und/oder anderen Richtung verschobene Position des Stellglieds zu erfassen. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Sensormittel mindestens einen optischen Sensor, insbesondere eine optische Diode, zum Erfassen der Position des Stellglieds, insbesondere des Ansatzes des Stellglieds, aufweisen. Insbesondere sind alle Sensoren der Abfrageeinrichtung als optische Sensoren vorzugsweise als optische Dioden ausgebildet. Die beiden Sensoren sind insbesondere in einem Abstand in Verstellrichtung des Stellteils angeordnet, der im Wesentlichen der Erstreckung des Ansatzes des Stellteils in dieser Richtung entspricht.
Der Stellweg des Stellteils ist somit bei Einwirkung zweier mit einer längenveränderlichen Kolbenstange verbundenen Schaltelementen gleich.
Die Rückstellkraft auf das Stellteil wird insbesondere durch Federkraft aufgebracht. Wird das Stellteil mittels zweier Schaltelemente in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt, sind vorzugsweise zwei Federn vorgesehen, die in entgegengesetzter Richtung auf das Stellteil einwirken. Die jeweilige Feder greift einerseits am Stellteil, andererseits an einem bezüglich des Kopfgehäuses gehäusefesten Bauteil an. Durch diese beiden, in entgegengesetzter Richtung wirksamen Federn ist sichergestellt, dass dann, wenn die Schaltelemente nicht auf das Stellteil einwirken, sich dieses in seiner Neutralstellung befindet. In dieser wirkt der Ansatz des Stellgliedes mit keinem der beiden Sensoren zusammen, so dass die Sensoren die Neutralstellung des Stellteils nicht erfassen. Erst bei Einwirkung des einen oder anderen Schaltelements auf das Stellteil wird durch Bewegen des Stellteils der Ansatz bewegt und deckt den einen oder anderen optischen Sensor im Sinne einer Erfassung der Stellung des jeweiligen Schaltelements mittels der Abfrageeinrichtung ab.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren sowie den Figuren selbst dargestellt, wobei bemerkt wird, dass alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
In den Figuren ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsformen beispielsweise dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:

Figur 1: in einer ersten räumlichen Ansicht ein erste Ausführungsform des pneumatisch betriebenen Arbeitsgeräts, das als Kniehebelspannvorrichtung ausgebildet ist, bei demontierten Sensormitteln der Abfrageeinrichtung,
Figur 2: die Anordnung gemäß Figur 1 in einer anderen räumlichen Ansicht,
Figur 3: die in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Sensormittel in einer räumlichen Darstellung gemäß Figur 2, allerdings vergrößert,
Figur 4: die Sensormittel gemäß Figur 3 in einer vergrößerten Ansicht gemäß Figur 1,
Figur 5: eine räumliche Ansicht des in Figur 1 veranschaulichten Bereiches des Kopfgehäuses und des Zylindergehäuses mit einem Langloch im Kopfgehäuse, das der Ansatz des Stellteils durchsetzt,
Figur 6: eine Draufsicht des in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Arbeitsgeräts, bei montierten Sensormitteln (Ansicht VI in Figur 8),
Figur 7: einen Schnitt durch das Arbeitsgerät gemäß der Linie VII-VII in Figur 6 bei in Spannstellung befindlichem Kniehebel,
Figur 8: einen Schnitt gemäß Figur 7, bei in Öffnungsstellung befindlicher Kniehebelspannvorrichtung,
Figur 9: eine Schnittdarstellung der Kniehebelspannvorrichtung im Bereich der Abfrageeinrichtung, bei in der in Figur 7 veranschaulichten Spannstellung der Kniehebelspannvorrichtung,
Figur 10: eine Darstellung gemäß Figur 9 für die in Figur 8 veranschaulichte Öffnungsstellung der Kniehebelspannvorrichtung,
Figur 11: eine Schnittdarstellung der Kniehebelspannvorrichtung im Bereich des Stellteils, in dessen Neutralstellung,
Figur 12: eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes, das als Kniehebelschwenkvorrichtung ausgebildet ist, veranschaulicht in einem Teilschnitt, bei einer Schwenkstellung des Schwenkarms in der die Hebelteile des Kniehebels eine rechtwinklige Position einnehmen,
Figur 13: eine vergrößerte Darstellung der Kniehebelschwenkvorrichtung gemäß Figur 12, im Bereich des in der veranschaulichten Schwenkstellung das Stellteil kontaktierenden Schaltelements,
Figur 14: eine vergrößerte Darstellung der Kniehebelschwenkvorrichtung gemäß Figur 12, im Bereich des in der veranschaulichten Schwenkstellung einen Sensor abdeckenden Ansatzes des Stellteils,
Figuren 15 bis 17: Darstellungen entsprechend der Figuren 12 bis 14 für eine Zwischenstellung des Schwenkarms und damit Zwischenstellung des mit der Kolbenstange verbundenen Schaltelements,
Figuren 18 bis 20: Darstellungen, die den Figuren 12 bis 14 entsprechen, für die zweite Endstellung des Schaltelementes bei Erreichen der anderen Endstellung des Schwenkarms, in der die Kniehebelabschnitte keine rechtwinklige Position zueinander einnehmen,
Figuren 21 bis 23: Darstellungen entsprechend den Darstellungen der Figuren 18 bis 20, allerdings bei maximal verschobenem Kolben und damit größerem Schwenkwinkel der Kniehebelschwenkvorrichtung, veranschaulicht in der Position des Kniehebels, in der dessen Kniehebelteile keine rechtwinklige Stellung einnehmen.

Das in den Figuren 1 bis 11 beschriebene pneumatisch betriebene Arbeitsgerät 1, das als Kniehebelspannvorrichtung ausgebildet ist, findet insbesondere Verwendung im Karosseriebau der Kraftfahrzeug-Industrie.
Das Arbeitsgerät weist einen doppelt wirkenden Zylinder 2 mit Zylindergehäuse 3, einen im Zylindergehäuse 3 verschieblichen Kolben 4 und eine mit dem Kolben 4 verbundene, linear verschiebliche Kolbenstange 5 auf. Die Kolbenstange 5 ist aus dem Zylindergehäuse 3 herausgeführt und besteht aus zwei Kolbenstangenteilen, somit dem Kolbenstangenteil 6 und dem Kolbenstangenteü 7. Das Kolbenstangenteil 6 ist axial unverschieblich, aber drehbar und abgedichtet im Kolben 4 gelagert und durchsetzt diesen. Mittels einer Stellvorrichtung 8 kann das Kolbenstangenteil 6 gedreht werden. Im Bereich des dem Kolben 4 abgewandten Endes ist das Kolbenstangenteil 6 mit einer Bohrung 9 mit Innengewinde versehen, in die ein Außengewinde aufweisender Abschnitt 10 des Kolbenstangenteils 7 eingeschraubt ist. Das Kolbenstangenteil 7 ist so gelagert, dass es nicht um seine Längsachse gedreht werden kann. Es weist im Bereich seines dem Kolbenstangenteil 6 abgewandten Endes eine Lagerachse 11 zur Aufnahme eines Kniehebels 12 auf. Das der Lagerachse 11 abgewandte Ende des Kniehebels 12 ist drehfest mit einer Lagerwelle 13 verbunden, die in einem Kopfgehäuse 14 des Arbeitsgerätes 1 schwenkbar gelagert ist. Das Kopfgehäuse 14 ist in Längserstreckung der Kolbenstange 5 geteilt ausgebildet und die Gehäuseteile mit den Bezugsziffern 15 und 16 bezeichnet. Die Lagerwelle 13 ist beidseitig des Kopfgehäuses 14 aus diesem heraus geführt und beide Enden der Lagerwelle 13 als Vierkant ausgebildet, zur Aufnahme eines nicht veranschaulichten, aus zwei Schenkeln bestehenden Spannarms, wobei die beiden Schenkel des Spannarms im Bereich Ihrer der Lagerwelle 13 abgewandten Enden miteinander verbunden sind. Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben 17, verbinden die beiden Gehäuseteile 15 und 16. Die beiden Hebelteile des Kniehebels 15 sind mit den Bezugsziffern 18 und 19 bezeichnet und diese Hebelteile mittels einer Achse 20 schwenkbar miteinander verbunden.
Das Kopfgehäuse 14 ist mit dem Zylinder 2 verbunden, insbesondere verschraubt. Der Zylinder 2 ist als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet, wobei in dem einen Druckraum 21 des Zylinders 2 Druckluft durch eine Zuführöffnung 22 im Bodenbereich des Zylinders 2 zugeführt wird, zum Bewegen des Kolbens 4 in Richtung des Kopfgehäuses 14 zum Überführen des Kniehebels 12 in seine in Figur 7 veranschaulichte Endstellung, in der die beiden Hebelteile 18 und 19 des Kniehebels 12 einen rechten Winkel zueinander einnehmen und sich der nicht veranschaulichte Spannhebel in seiner Spannstellung befindet, in der er ein Werkstück bzw. einen Gegenstand gegen eine Unterlage klemmt. Beim Bewegen des Kolbens 4 in Richtung des Kopfgehäuses 14 wird Luft im anderen Druckraum 23 durch die mit diesem in Strömungsverbindung stehende Zuführöffnung 24, in diesem Fall als Abführöffnung für Druckluft dient, aus dem Deckelbereich des Zylinders 2 abgeführt. Bei Beaufschlagung des Kolbens 4 in entgegengesetztem Sinne, zum Überführen des Kolbens in seine andere Endstellung gemäß Figur 8, wird Druckluft durch die Zuführöffnung 24 in den Druckraum 23 zugeführt, und es hat dann der Druckraum 21 die Funktion eines Abluftraums, wobei Luft im Druckraum 21 durch die Zuführöffnung 22 abgeführt wird.
Bei dem insoweit beschriebenen Arbeitsgerät 1, das als Kniehebelspannvorrichtung ausgebildet ist, ist die Ausbildung der Abfrageeinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung des Spannhebels der Kniehebelspannvorrichtung von Bedeutung:
In dem Bereich des Kolbenstangenteiles 7, das kein Außengewinde aufweist, ist im Kolbenstangenteil 7 eine Hülse 25 axial festgelegt und drehfest zum Kolbenstangenteil 7 gelagert, wobei mit der Hülse 25 ein Schaltelement 26 verbunden ist. Die Hülse 25 und das Schaltelement 26 sind einteilig. In dem anderen Kolbenstangenteil 6 ist im Bereich dessen, dem Kniehebel 12 zugewandten Endes ein weiteres Schaltelement 27 gelagert. Dieses bildet ein Teil mit einem Ring 28, der im Bereich des genannten Endes der Kolbenstange 6 außen in dieser axial fest, aber bezüglich des Kolbenstangenteils 6 verdrehbar gelagert ist. Das Schaltelement 27 ist in einer Nut zwischen den beiden Gehäuseteilen 15 und 16 angeordnet, so dass das Schaltelement 27 bei Drehung des Kolbenstangenteils 6 mittels der Stellvorrichtung 8 sich zwar relativ zum Kolbenstangenteil 6 dreht, jedoch aufgrund der Führung im Kopfgehäuse 14 sich ausschließlich in Achsrichtung der Kolbenstangen 5 bezüglich des anderen Kolbenstangeteils 6 bewegen kann. Unabhängig welche Position die beiden Kolbenstangenteile 6 und 7 zueinander einnehmen, sind beide Schaltelemente 26 und 27 somit immer radial entsprechend gerichtet, auf eine Abfrageeinrichtung 29 zur Erfassung der Stellung der beiden Schaltelemente 26 und 27 hin gerichtet.
Die Abfrageeinrichtung 29 weist ein Stellteil 30 auf, das bei Kontakt mit dem einen Schaltelement 26 parallel zur Längsachse der Kolbenstange 5 in Richtung des Kniehebels 2 verschieblich ist und bei Kontakt mit dem Schaltelement 27 in entgegengesetzter Richtung, somit in Richtung des Zylinders 2 verschieblich ist. In beiden Richtungen erfolgt die Verschiebung entgegen einer Rückstellkraft einer Federanordnung. Die Abfrageeinrichtung 29 weist ferner Sensormittel 31 auf, die im Wesentlichen durch eine mit dem Kopfgehäuse 14 verbundene Sensoreinrichtung mit zwei elektronischen Sensoren 33 und 34 gebildet ist. Der Sensor 33 dient der Erfassung der Position des Stellteils 30 bei Einwirkung des Schaltelements 26 auf das Stellteil 30 und der Sensor 34 der Erfassung der Position des Stellteils 30 bei Einwirkung des Schaltelements 27 auf das Stellteil 30. Das Sensormittel 31, somit auch die beiden Sensoren 33 und 34, sind außerhalb des Kopfgehäuses 14 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 32 ist im Kopfgehäuse 14 gelagert und deckt einen zwischen den beiden Gehäuseteilen 15 und 16 angeordneten Plattenabschnitt 35 des Kopfgehäuses 14 ab, der mit einem kurzen, schmalen in Achsrichtung der Kolbenstange 5 verlaufenden Schlitz 36 versehen ist. Befestigt ist die Sensoreinrichtung 32 mit dem Kopfgehäuse 14 im Bereich des Plattenabschnitts 35 mittels zweier Schrauben 37, die mit Gewindebohrungen im Plattenabschnitt 36 zusammenwirken.
Das Stellteil 30 ist im Wesentlichen innerhalb des Kopfgehäuses 14 angeordnet und weist einen Ansatz 38 auf, der den Schlitz 36 im Plattenabschnitt 35 durchsetzt. Die beiden Sensoren 33 und 34 dienen dem Erfassen der Position des Ansatzes 38.
Das Stellteil 30 weist, bezogen auf dessen Längserstreckung, im Bereich des jeweiligen abgewandten Endes, einen Vorsprung 39 und einen Vorsprung 40 auf. Der Vorsprung 39 ragt bei Bewegung der Kolbenstange 5 in den Bewegungsweg des Schaltelements 26 und der Vorsprung 40 in den Bewegungsweg des Schaltelements 27. Die beiden Sensoren 33 und 34, die als optische Dioden ausgebildet sind, sind in einem Abstand in Verstellrichtung des Stellteils 20 angeordnet, der im Wesentlichen der Erstreckung des Ansatzes 38 in dieser Richtung entspricht. In einer Neutralstellung des Stellteils 30 (siehe auch die Fig. 17 bezüglich der später zu beschreibenden Ausführungsform) ist der Ansatz 38 zwischen den beiden Sensoren 33 und 34 positioniert, womit keiner der optischen Sensoren vom Ansatz 38 abgedeckt wird und damit keiner der Sensoren 33, 34 die Position des Stellteils 30 erfasst. Wirken die Schaltelemente 26 und 27 nicht auf das Stellteil 30 ein, befindet sich das Stellteil 30 aufgrund Federeinwirkung in dieser Neutralstellung. Baulich bewerkstelligt wird dies durch Ausbildung des Stellteils 30 mit zwei Langlöchern 41, die im Kopfgehäuse 14 gelagerte Zapfen 42 durchsetzen und damit eine relative, begrenzte Verschiebung des Stellteils 30 bezüglich des Kopfgehäuses 2 gestatten. Zwischen einem Mittelteil 43 und jedem Zapfen 42 stützt sich eine Schraubendruckfeder 44 ab, so dass bei Verschiebung des Stellteils 30 in der einen Richtung mittels des Schaltelements 26 die eine Feder 44, ausgehend aus der Neutralstellung des Stellteils 30 gespannt und die andere Feder 44 entspannt wird und bei Verschiebung des Stellteils 30 in der anderen Richtung mittels des Schaltelements 27 die umgekehrten Spannungsverhältnisse in den beiden Federn 44 auftreten. Kurz vor Erreichen der rechtwinklig abgewinkelten Position des Kniehebels 12 kontaktiert das Schaltelement 26 den Vorsprung 39 des Stellteils 30 und überführt dieses entgegen Federkraft in die Endstellung gemäß Figur 7, in der die optische Diode 33 mittels des Einsatzes 38 abgedeckt wird und damit mittels der Abfrageeinrichtung 29 diese Stellung des Schaltelements 26 abgefragt wird. Wird der Kolben 5 aus dieser Stellung bewegt, so dass die Lagerachse 11 des Kniehebels 12 in Richtung des Zylinders 2 bewegt wird, gelangt das Schaltelement 26 außer Kontakt mit dem Vorsprung 39, so dass unter Federeinwirkung das Stellteil 30 wieder in seine Neutralstellung überführt wird. Kurz vor Erreichen der anderen Endstellung des Kolbens 4 im Bereich des Zylinderbodens gelangt das Schaltelement 27 in Kontakt mit dem Vorsprung 40 des Stellteils 30 und bewegt das Stellteil entgegen Federeinwirkung in Richtung des Kolbens 4, so dass in der Endstellung des Kolbens 4 der Ansatz 38 die andere optische Diode 34 abdeckt, womit mittels dieser Diode die Stellung des Schaltelements 37 erfasst wird. Wird der Kolben 4 wieder in Richtung des Kniehebels 12 bewegt, gelangt das Schaltelement 27 außer Kontakt mit dem Vorsprung 40 des Stellteils 30 und dieses demzufolge wieder in seine Neutralstellung.
Es wird somit bei der beschriebenen Kniehebelspannvorrichtung die relativ große Bewegung des Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 5 auf das Stellteil 30 übertragen, das eine wesentlich kürzere Bewegungsstrecke zurücklegt, demnach nur eine solche, die zum Durchführen der beiden Schaltvorgänge mittels der Schaltelemente 26 und 27 erforderlich ist, und diese kurze Bewegung des Stellteils 30 und damit des Ansatzes 38 wird von recht dicht zueinander platzierten Sensoren 33 und 34 erfasst. Demzufolge reicht es aus, den schmalen, länglichen Schlitz 36 im Plattenabschnitt 35 vorzusehen, wobei die Breite des Schlitzes nur geringfügig größer ist als die Stärke des Ansatzes 38 und die Länge des Schlitzes nur geringfügig größer ist als der Verstellweg des Stellteils 30. Es ist demnach nicht erforderlich, gesonderte Mittel zum Abdichten des Kopfgehäuses 14 im Bereich der Abfrageeinrichtung 29 vorzusehen. Im Übrigen können die Sensormittel 31 außerhalb des Kopfgehäuses 14 platziert werden. Der Schlitz 36 erfüllt ausschließlich die Funktion, den Durchgang für den Ansatz 38, somit den Ausgang für das Stellteil 30, zu schaffen. Die Sensoren 33 und 34 befinden sich nicht im Schlitz 36 und auch nicht innerhalb des Kopfgehäuses 14. Die Sensoreinrichtung 32 kann infolgedessen leicht eingestellt werden. Es ist nicht erforderlich, einen Mikroprozessor vorzusehen, weil keine komplizierten Funktionen mittels der Sensoreinrichtung 32, wie beispielsweise eine Set- oder Reset-Funktion verwirklicht sein müssen. Die Sensormittel 31 können einfach montiert und demontiert werden. Sie können für unterschiedliche Arbeitsgeräte 1 Verwendung finden. Sowohl die geöffnete als auch die geschlossene Stellung des Spannhebels kann mit hoher Präzision erfasst werden.
Die Sensoreinrichtung 32 weist eine viereckige Grundfläche auf und es ist der Plattenabschnitt 35 entsprechend viereckig zur Aufnahme der Sensoreinrichtung 32 mit geringem Spalt zwischen Sensoreinrichtung 32 und begrenzenden Vorsprüngen 45 des Kopfgehäuses 14 versehen.
Das Kopfgehäuse 14 weist ferner zwischen dem Plattenabschnitt 35 und der Lagerwelle 13 Lagerflächen 46 auf allen vier Seiten des Kopfgehäuses 14 zum Lagern des Kopfgehäuses 14 und damit des Arbeitsgerätes 1 auf, wobei die Lagerung jeweils im Bereich einer Fläche 46 erfolgt. Dort sind Gewindebohrungen 47 zum Anschrauben des Kopfgehäuses 14 vorgesehen, beispielsweise zum Anschrauben an einem Roboterarm.
Die Figuren 12 bis 21 veranschaulichen den grundsätzlichen Aufbau eines Arbeitsgerätes 1, das als Kniehebelschwenkvorrichtung ausgebildet ist, sowie dessen Wirkungsweise. Der Aufbau der Kniehebelschwenkvorrichtung ähnelt weitreichend demjenigen der vorstehend ausführlich beschriebenen Kniehebelspannvorrichtung, so dass gleich wirkende bzw. gleich gestaltete Bauteil der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Das in den Figuren 12 bis 23 beschriebene Arbeitsgerät 1, das als Kniehebelschwenkvorrichtung ausgelegt ist, weist den Zylinder 2, das Kopfgehäuse 14 mit den Gehäuseteilen 15 und 16 und dem Plattenabschnitt 35, ferner den Kolben 4, die Kolbenstange 5, den Kniehebel 12 und die Lagerwelle 13 auf. Mit den beiden aus dem Kopfgehäuse 14 herausgeführten Enden der Lagerwelle 13 ist eine Schwenkarmanordnung 48 drehfest verbunden, wobei konkret zwei parallel zueinander angeordnete Schwenkarme 49 eine viereckige Öffnung zur drehfesten Aufnahme der jeweiligen Lagerwelle 13 aufweisen und die Schwenkarme 19 im Bereich deren der Lagerwelle 13 abgewandten Enden mittels einer Lagerplatte 50 verbunden sind, die gleichfalls Bestandteil der Schwenkarmanordnung 48 bildet. In dieser Lagerplatte 50 ist der zu schwenkende Gegenstand bzw. das zu schwenkende Werkzeug befestigt. Da es bei der Kniehebelschwenkvorrichtung nicht erforderlich ist, eine Verstellung des Öffnungswinkels wie bei der Kniehebelspannvorrichtung vorzusehen, ist mit der in diesem Fall einteiligen Kolbenstange 5 der Kniehebelschwenkvorrichtung nur ein Schaltelement verbunden, nämlich das Schaltelement 26. Dieses wirkt, wie zuvor zur Kniehebelspannvorrichtung beschrieben, in der einen rechten Winkel bildenden Stellung der Hebelteile 18 und 19 des Kniehebels 12, wie zu den Figuren 12 und 13 veranschaulicht, mit dem Vorsprung 39 des Stellteils 30 zusammen, womit das Stellteil 30 entgegen der Federkraft in Richtung des Kniehebels 12 verschoben ist und hierbei der Ansatz 38 aus seiner Neutralstellung heraus bewegt ist und die optische Diode 33 abdeckt, wie es zur Figur 14 veranschaulicht ist. Somit kann die Position des Schaltelements 26 in dieser Endstellung des Kniehebels 12 gemäß Figur 12 mittels der Abfrageeinrichtung 29 erfasst werden.
Wird die Kolbenstange 5 mit ihrem dem Kniehebel 12 zugewandten Ende wieder in Richtung des Zylindergehäuses 3 bewegt, gelangt das Schaltelement 26 außer Eingriff mit dem Vorsprung 39 des Stellteils 30, womit das Stellteil 30 unter Einwirkung der Federkraft wieder seine Neutralstellung einnimmt, in der keiner der beiden Sensoren 33 und 34 abgedeckt ist. Diese Neutralstellung ist für die Kniehebelschwenkvorrichtung in den Figuren 15 bis 17 veranschaulicht. Da die Kniehebelschwenkvorrichtung keine Möglichkeit aufweist, den Öffnungswinkel der Schwenkarmanordnung 48 zu verstellen, sind bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel mehrere Vorsprünge 40, beispielsweise vier oder fünf Vorsprünge 40 vorgesehen, die fest voreingestellte Öffnungswinkel identifizieren. Ist die Schwenkarmanordnung 48 nur um einen relativ geringen Winkel aus der Ausgangsstellung gemäß Figur 12 zu bewegen, nämlich in die Stellung gemäß Figur 8, so verbleibt das Stellteil 30 unverändert, womit alle Vorsprünge 40 Bestandteil des Stellteils 30 bilden. Kurz vor Erreichen der maximalen Schwenkstellung der Schwenkarmanordnung 48, ausgehend von der Stellung gemäß Figur 12, kontaktiert das Schaltelement 26 den dem Vorsprung 39 am nächsten liegenden Vorsprung 40 und verschiebt das Stellteil 30 aus der Neutralstellung in Richtung des Zylinders 2, so dass bei Erreichen der Schwenkendstellung der Schwenkarmanordnung 48 die optische Diode 34 vom Ansatz 38 abgedeckt wird. Dieser Zustand der Kniehebelschwenkvorrichtung ist in den Figuren 18 bis 20 veranschaulicht.
Soll die Schwenkarmanordnung 48 um einen wesentlich größeren Schwenkwinkel verschwenkt werden, insbesondere einen maximalen Schwenkwinkel, wie er zur Fig. 21 veranschaulicht ist, werden alle Vorsprünge 40, bis auf den Vorsprung 40 am dem Vorsprung 39 abgewandten Ende des Stellteils 30 abgetrennt, insbesondere abgeschnitten, so dass, wie zu den Figuren 21 bis 23 verdeutlicht, das Stellteil 30 nur den Vorsprung 39 und den einen Vorsprung 40 aufweist. Bei Kontaktierung dieses einen Vorsprungs 40 mittels des Schaltelements 26 wird das Stellteil 30 in Richtung des Zylinders 2 aus seiner Neutralstellung herausbewegt und es deckt der Ansatz 38 die optische Diode 34 ab, womit die Abfrageeinrichtung 29 diese Endstellung der Schwenkarmanordnung 48 erkennt.

Claims

Pneumatisch betriebenes Arbeitsgerät (1), insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kraftfahrzeug-Industrie, mit einem insbesondere doppelt wirkenden Zylinder (2), der ein Zylindergehäuse (3), einen in diesen verschieblichen Kolben (4) und eine mit diesem verbundene, linear verschiebliche und aus dem Zylindergehäuse (3) herausgeführte Kolbenstange (5) zum Betätigen eines Arms, insbesondere Spannarms oder Schwenkarms (48), des Arbeitsgerätes (1) aufweist, wobei der außerhalb des Zylindergehäuses (3) angeordnete Bereich der Kolbenstange (5) innerhalb eines Kopfgehäuses (14) des Arbeitsgerätes (1) angeordnet ist und mindestens ein Schaltelement (26, 27) aufnimmt, das mit einer im Kopfgehäuse (14) gelagerten Abfrageeinrichtung (29) mit Sensormitteln (31) zur Erfassung einer Stellung des Schaltelements (26) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfrageeinrichtung (29) ein Stellteil (30) aufweist, dass bei Kontakt von Schaltelement (26, 27) und Stellteil (30) entgegen einer Rückstellkraft verschieblich ist, sowie die Sensormittel (31) mindestens einen elektrischen Sensor (33, 34) zum Erfassen der Position des Stellteils (30) bezüglich des Sensors (33, 34) aufweisen.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (31), vorzugsweise der elektrische, insbesondere elektronische Sensor (33, 34), außerhalb des Kopfgehäuses (14) angeordnet sind bzw. ist.
Arbeitsgerächt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (31) bzw. der Sensor (33, 34) im Kopfgehäuse (14) gelagert sind bzw. ist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellteil (30) im Wesentlichen innerhalb des Kopfgehäuses (14) angeordnet ist und einen Ansatz (38) aufweist, der ein Loch (36) im Kopfgehäuse (14) durchsetzt, wobei der Sensor (33, 34) dem Erfassen der Position des Ansatzes (38) dient.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5) ein oder zwei Schaltelemente (26, 27) aufnimmt und das Stellteil (30) mittels des einen Schaltelements (26) oder zweiter Schaltelemente (26, 27) in entgegengesetzten Richtungen jeweils entgegen der Rückstellkraft verschieblich ist und die Abfrageeinrichtung (29) der Erfassung zweier Stellungen des einen Schaltelements (26) oder der Erfassung einer Stellung des jeweiligen Schaltelements (26, 27) dient.
Arbeitsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellteil (30) zwei Abschnitte (39, 40), insbesondere zwei Vorsprünge (39, 40) aufweist, die in den Bewegungsweg des einen Schaltelements (26) bzw. der beiden Schaltelemente (26, 27) bei Bewegung der Kolbenstange (5) ragen.
Arbeitsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht mittels des oder der Schaltelemente (26, 27) verschobenem Stellteil (30), dieses eine Neutralstellung einnimmt, in der der Sensor (33, 34) die Position des Stellteils (30) nicht erfasst.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim mittels des oder der Schaltelemente (26, 27) verschobenem Stellteil (30) der Sensor (33, 34) die Position des Stellteils (30) erfasst.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (31) mindestens einen optischen Sensor (33, 34), insbesondere eine optische Diode (33, 34) zum Erfassen der Position des Stellteils (30), insbesondere des Ansatzes (38) des Stellteils (30) aufweist.
Arbeitsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei optische Sensoren (33, 34), insbesondere zwei optische Dioden (33, 34) vorgesehen sind, wobei die beiden Sensoren (33, 34) in einem Abstand in Verstellrichtung des Stellteils (30) angeordnet sind, der im Wesentlichen der Erstreckung des Ansatzes (38) in dieser Richtung entspricht.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft durch Federkraft aufgebracht wird, insbesondere mittels zweier Federn (44), die in entgegengesetzter Richtung auf das Stellteil (30) einwirken.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (36) als schmaler, länglicher Schlitz im Gehäuse (14) in Verschieberichtung des Stellteils (30) ausgebildet ist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (31), im Bereich der Lagerung der Sensormittel (31) im Kopfgehäuse (14), in einem Gehäuseabschnitt (35) gelagert sind, der einteilig ist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteil der Sensormittel (31) eine Sensoreinrichtung (32) ist, die die Sensoren (33, 34) aufnimmt, wobei die Sensoreinrichtung (32) eine viereckige Grundfläche aufweist und die Sensoreinrichtung (32) im Bereich dieser Grundfläche mit dem Kopfgehäuse (14) verbunden ist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg des Stellteils (30) bei Einwirkung zweier mit einer längenveränderlichen Kolbenstange (5) verbundenen Schaltelemente (26, 27) gleich ist.