DE10029682C1 - Vorrichtung zur Fixierung eines Werkstückes - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Fixierung eines Werkstückes an einem Bearbeitungsträger dient eine Klebstoffschicht (5) der kraftschlüssigen Verbindung des Werkstückes (4) für eine nachfolgende Bearbeitung. Hierzu wird die Klebstoffschicht (5) einer UV-Bestrahlung einer Lichtquelle (8) ausgesetzt, die hierzu unterhalb einer transmissiven Auflagefläche (3) an einer Rückseite (6) angeordnet ist. DOLLAR A Durch die derart erreichbare gleichmäßige Bestrahlung wird ein einheitlicher chemischer Umwandlungsprozeß ermöglicht, der zu einer zuverlässigen und vergleichweise hoch belastbaren Fixierung führt, die zudem mit geringem Aufwand realisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Werkstückes an einem Bearbei­ tungsträger, mit einer insbesondere im UV-Spektrum emittierenden Lichtquelle, durch die eine chemische Umwandlung eines zur Fixierung bestimmten Klebstoffes erreicht wird.

Eine solche Vorrichtung zum Fixieren wird in der Praxis verwendet, um die Bearbeitung ei­ nes Werkstückes, insbesondere bei einer mehrseitigen Bearbeitung, zu erleichtern. Das Werkstück wird dabei im wesentlichen flächig mit dem Bearbeitungsträger verklebt und kann anschließend gemeinsam mit diesem der Bearbeitungsstation zugeführt werden. Dabei wird der Bereich des Werkstückes minimiert, der für ein Werkzeug der Bearbeitungsstation bei der Verwendung eines mechanischen Spannmittels unzugänglich ist. Die Bearbeitung läßt sich daher ohne eine zeitaufwendige Änderung der Fixierung in einem Arbeitsgang durch­ führen, wodurch der Herstellungsaufwand und die Bearbeitungsdauer wesentlich reduziert werden können.

Zur Fixierung des Werkstückes dient ein Klebstoff, der zunächst in einem beliebig verformba­ ren, beispielsweise niedrig viskosen Zustand, vorliegt und daher problemlos im Bereich der Kontaktstellen zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungsträger aufgetragen werden kann. Die Positionierung des Werkstückes kann dabei ohne Einhaltung einer bestimmten Verarbeitungsdauer erfolgen, weil die Verfestigung des Klebstoffes wesentlich durch die Einwirkung der Lichtquelle bestimmt wird. Die gewünschten Eigenschaften und der zeitliche Ablauf der Fixierung lassen sich so gezielt steuern und den Bearbeitungsumständen pro­ blemlos anpassen. Ein solcher Klebstoff ist beispielsweise durch Veröffentlichung unter der Internetadresse http://Konstruktionsatlas.de/Verbtech/Verbtechniken/kleben_kleber.htm bekannt. Dort wird ein Einkomponentenklebstoff beschrieben, der unter der Einwirkung von UV- Licht eine vom Hersteller bestimmte Wellenlänge aushärtet. Es werden Schichtdicken von mehreren Millimetern durchgehärtet.

Als nachteilig hat es sich bei solchen Vorrichtungen erwiesen, daß die chemische Umwand­ lung wesentlich durch die Intensität des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes bestimmt ist und daher solche Abschnitte des Werkstückes, die einer Abdeckung oder einem Schat­ tenwurf ausgesetzt sind, einem abweichenden chemischen Umwandlungsverlauf unterlie­ gen, so daß die Eigenschaften der Fixierung lokal unterschiedlich sein können. Dies führt zu einem schwierig beherrschbaren Prozeß, wobei sich insbesondere die hohen Anforderungen an die Fixierung bei der nachfolgenden Bearbeitung des Werkstückes als problematisch er­ weisen, die unter allen Umständen gewährleistet werden müssen. Vor allem in den gegen­ über der Lichtquelle vollkommen abgeschlossenen Abschnitten des Werkstückes verläuft die chemische Umwandlung vergleichsweise langsam, so daß die Einwirkungsdauer, die für eine zuverlässige Verbindung erforderlich ist, verlängert wird und sich bei der Durchführung als hinderlich erweist.

Es ist auch bereits daran gedacht worden, ein Lichtspektrum der Lichtquellen derart vorzusehen, daß das Werkstück durchdrungen wird, wodurch eine Abdeckung ausgeschlossen wird, so daß die chemische Umwandlung einheitlich ohne abschnittsweise Verzögerung verläuft. Hierbei erweist sich jedoch als nachteilig, daß die Verwendung einer derartigen Lichtquelle die Auswahl der geeigneten Werkstoffe für das Werkstück erheblich einschränkt. Zudem wird dadurch der Aufwand, insbesondere durch gegebenenfalls vorzusehende Schutzmaßnahmen, erhöht, so daß eine solche Vorrichtung lediglich eine geringe Praxistauglichkeit erwarten läßt.

Durch die DE 31 19 629 A1 wird auf ein Verfahren zum Spannen und Positionieren von Präzisionsteilen verwiesen. Hier erfolgt zur Vereinfachung und zur Verringerung des Zeit- und Personalaufwandes bei der Bearbeitung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen zuerst eine Fixierung des Werkstückes auf einer Palette, welche beispielsweise durch eine Klebverbindung erfolgt. Danach wird bei dem beschriebenen Verfahren das Werkstück mit der Palette in einer Mehrkoordinatenmessmaschine vermessen und anschließend in einem Bearbeitungszentrum bearbeitet.

Es ist ferner durch die DE 41 41 557 A1 bereits ein Verfahren bekannt, bei dem das Werkstück mit dem Bearbeitungsträger in ein flüssiges Medium getaucht wird, welches anschließend reversibel oder irreversibel zum Erstarren gebracht wird. Nach einem Unteranspruch des Verfahrens wird als Medium Wasser verwendet, das anschließend gefroren wird. Neben den unerwünschten Temperatureinflüssen auf das Werkstück erweist sich dabei insbesondere die schwierige Beherrschbarkeit vorgegebener Belastungswerte der Fixierung als problematisch.

Die DE 35 33 001 C2 offenbart auch bereits beheizbare Auflageflächen für eine lösbare Aufspannung von Gegenständen an einer Werkzeugmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, daß dadurch die Fixierung des Werkstückes an dem Bearbeitungsträger erleichtert wird. Dabei sollen insbesondere lokale Unterschiede beim Verlauf der chemischen Umwandlung sowie die dadurch abweichenden Eigenschaften der Fixierung, wie beispielsweise die Belastbarkeit der Verbindung, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zur Fixierung eines Werkstückes vorgesehen, deren Bearbeitungsträger eine Auflagefläche für das Werkstück hat, die mit einer dem Werkstück zugewandten Lichtaustrittsfläche für das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht ausgestattet ist. Hierdurch erreicht die für die chemische Umwandlung erforderliche Lichtstrahlung der Lichtquelle ungehindert alle Bereiche der Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und dem mit der Auflagefläche versehenen Bearbeitungsträger. Die chemische Umwandlung verläuft daher im wesentlichen über die gesamte Kontaktfläche einheitlich, so daß lokale Abweichungen in der Festigkeit ausgeschlossen werden können. Dabei erfordert die Vorrichtung insbesondere keine spezielle Ausgestaltung der Lichtquelle, weil das Werkstück auf die Lichtaustrittsfläche unmittelbar aufgesetzt werden kann und somit eine unerwünschte Überdeckung oder Bedienungsfehler ausgeschlossen sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die Auflagefläche eine außerhalb einer Kontaktfläche angeordnete Lichteinkoppelfläche für das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht aufweist. Hierdurch wird eine geringe Bauhöhe realisierbar, indem die Lichtquelle außerhalb des unmittelbaren Bereiches der Kontaktstelle angeordnet wird und in die hierzu lediglich eine geringe Materialstärke aufweisende Auflagefläche einstrahlt. Daher eignet sich die Auflagefläche insbesondere auch zur Nachrüstung bei bereits vorhandenen Fixiervorrichtungen.

Eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dann erreicht, wenn die Auflagefläche transmissiv ist und an einer dem Werkstück abgewandten Rückseite mit der Lichtquelle versehen ist. Hierdurch kann die Lichtquelle unmittelbar unterhalb des Werkstückes angeordnet werden, wobei das Licht ungehindert durch die Auflagefläche hindurchtritt und so eine gleichmäßige und schnelle chemische Umwandlung des Klebstoffes bewirkt. Dabei läßt sich die so erreichbare Intensität der Lichtstrahlung weiter erhöhen, so daß der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens vermindert werden kann.

Hierbei ist es auch besonders zweckmäßig, wenn die Auflagefläche transparent ist. Der Kontaktbereich zwischen der Auflagefläche des Bearbeitungsträgers und dem Werkstück läßt sich so durch Augenschein oder eine geeignete Kamera in einfacher Weise überwachen und gegebenenfalls auftretende Störungen unmittelbar erkennen. Eine entsprechende Veränderung der Fixierung während des chemischen Umwandlungsprozesses läßt sich so ebenfalls erfassen, so daß die Qualitätsanforderungen weiter erhöht werden können.

Eine andere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch geschaffen, daß die Auflagefläche mit einer abschnittsweise steuerbaren Lichtaustrittsfläche ausgestattet ist. Hierdurch ist der Lichtaustritt an unterschiedliche Abmessungen verschiedener Werkstücke problemlos anpassbar, so daß einerseits die Lichtverluste minimiert werden können, andererseits auch eine Beeinträchtigung der Umwelt verhindert werden kann. Die Lichtaustrittsfläche kann hierzu unabhängig ansteuerbare Segmente oder auch eine einstellbare Blende aufweisen.

Hierzu ist eine einfache Abwandlung dadurch besonders günstig, daß die Auflagefläche eine lichtdichte Abdeckung aufweist. Eine Gefährdung des Bedienpersonals ist dadurch ausgeschlossen, so daß die Betriebssicherheit weiter verbessert werden kann. Diese kann beispielsweise auch mit einem auf die Abmessungen des Werkstückes abgestimmten Ausschnitt versehen sein, so daß Lichtemissionen gänzlich vermieden werden können.

Besonders gut geeignet ist dabei auch eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Auflagefläche eine erhöhte Transmission im UV-Spektrum aufweist. Hierdurch kann die Auflagefläche als Filter dienen, um so einen weitgehend ungehinderten Lichtaustritt ausschließlich in dem für die chemische Umwandlung erforderlichen UV-Spektrum zu erreichen und zugleich einen unnötigen Lichtaustritt zu vermeiden.

Eine ebenfalls besonders sinnvolle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die Auflagefläche beheizbar ist. Hierdurch läßt sich das Werkstück von der Auflagefläche durch den thermischen Einfluß lösen, um so eine problemlose Trennung nach Abschluß der Werkstückbearbeitung zu ermöglichen. Die Vorrichtung eignet sich dadurch insbesondere auch für die Anwendung in der Großserienfertigung, wobei eine Erwärmung der gesamten Vorrichtung nicht erforderlich ist. Bei einer einfachen Ausführung kann hierzu auch die Wärmestrahlung der Lichtquelle zur Beheizung genutzt werden.

Dabei ist es auch besonders günstig, wenn die Auflagefläche zur Beheizung eine Heizschicht aufweist. Diese ermöglicht eine problemlose Erwärmung auf eine die Adhäsionskraft der Fixierung auflösende oder wesentlich herabsetzende Temperatur, die dabei beispielsweise auch gezielt auf die Kontaktbereiche zwischen dem Werkstück und der Auflagefläche beschränkt werden können. Eine unerwünschte Erwärmung der Vorrichtung, mit der eine mögliche Gefährdung des Bedienpersonals bei einem Körperkontakt verbunden ist, wird durch eine Wärmeabfuhr mittels eines Kühlgebläses vermieden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die Auflagefläche eine Glasscheibe, insbesondere Panzerglasscheibe, hat. Hierdurch wird eine hohe Belastbarkeit der Auflagefläche erreicht, so daß die nachfolgende Bearbeitung des Werkstückes mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Die Glasscheibe ist zudem vergleichsweise unempfindlich gegenüber thermischen Einflüssen, so daß die nachfolgende Erwärmung zum Trennen der Fixierung problemlos und schnell durchführbar ist.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer Prinzipskizze. Zu erkennen ist ein Bearbeitungsträger 2 mit einer Auflagefläche 3, auf der ein Werkstück 4 fixiert ist. Diese Fixierung wird durch einen chemischen Umwandlungsprozeß einer Klebstoffschicht 5 mittels einer UV-Bestrahlung erreicht. Hierzu dient eine an einer Rückseite 6 der hierzu mit einer Glasscheibe 7 ausgestatteten Auflagefläche 3 angeordnete Lichtquelle 8, deren Licht so ungehindert durch die Auflagefläche 3 hindurchtreten und an einer Lichtaustrittsfläche 9 auf die Klebstoffschicht 5 einwirken kann. Eine unerwünschte Lichtemission wird dabei zum Schutz des Bedienpersonals durch eine lichtdichte Abdeckung 11 verhindert. Die Auflagefläche 3 ist weiterhin mit einer Heizschicht 10 versehen, durch die das spätere Trennen der Fixierung wesentlich erleichtert wird. Eine hierdurch gegebenenfalls erforderliche Wärmeabfuhr aus dem Inneren der Vorrichtung 1 wird hierzu durch ein Kühlgebläse erreicht. Durch die uneingeschränkte Zugänglichkeit des Werkstückes 4 für das von der Lichtquelle 8 abgestrahlte Licht wird ein gleichmäßiger und einheitlicher chemischer Umwandlungsprozeß erreicht.

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) zur Fixierung eines Werkstückes (4) an einem Bearbeitungsträger (2), mit einer insbesondere im UV-Spektrum emittierenden Lichtquelle (8), durch die eine chemische Umwandlung eines zur Fixierung bestimmten Klebstoffes erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsträger (2) eine Auflagefläche (3) für das Werkstück (4) hat, die mit einer dem Werkstück (4) zugewandten Lichtaustrittsfläche (9) für das von der Lichtquelle (8) abgestrahlte Licht ausgestattet ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) eine außerhalb einer Kontaktfläche angeordnete Lichteinkoppelfläche für das von der Lichtquelle (8) abgestrahlte Licht aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) transmissiv ist und an einer dem Werkstück (4) abgewandten Rückseite (6) mit der Lichtquelle (8) versehen ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) transparent ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) mit einer abschnittsweise steuerbaren Lichtaustrittsfläche (9) ausgestattet ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) eine lichtdichte Abdeckung (11) aufweist.

7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) eine erhöhte Transmission im UV-Spektrum aufweist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) beheizbar ist.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) zur Beheizung eine Heizschicht (10) aufweist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (3) eine Glasscheibe (7), insbesondere Panzerglasscheibe, hat.