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Die Erfindung betrifft eine Vakuumspannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mittels Unterdruck, mit einem Gehäuse mit einer dem Werkstück zugewandten Spannfläche, in welcher ein mit Unterdruck beaufschlagbarer Spannraum zum Ansaugen des Werkstücks vorgesehen ist, wobei innerhalb dieses Spannraums ein Bremselement im Gehäuse in Richtung auf das Werkstück verlagerbar ist mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder 2.
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Aus der
DE 40 00 099 C2 ist eine Vorrichtung zum Aufspannen von Werkstücken mittels Unterdruck bekannt. Diese Vorrichtung besitzt eine Spannplatte mit einer Vielzahl von Ansaugöffnungen, wobei in jeder Ansaugöffnung ein Abdichtelement angeordnet ist. Nach den Auflegen des Werkstücks auf die Spannplatte dichten diejenigen Abdichtelemente die Ansaugöffnung ab, die nicht vom Werkstück abgedeckt sind. Dabei verursacht der unter den Abdichtelementen herrschende Unterdruck, dass die Abdichtelemente in die Ansaugöffnungen eingesaugt werden.
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Eine Vakuumspannvorrichtung der eingangs genannten Art ist z. B. aus der
DE 197 00 177 A1 bekannt. Mit einer solchen Vakuumspannvorrichtung können Werkstücke mittels Unterdruck z. B. an einem Spanntisch oder einem Spannbalken festgehalten werden, so dass die Oberseite und gegebenenfalls deren Randbereich bearbeitet werden kann. Um ein Verrutschen des Werkstücks zu verhindern, besitzt die Vakuumspannvorrichtung ein Bremselement, welches mittels Federkraft über die Spannfläche der Vakuumspannvorrichtung ausgerückt ist. Wird das Werkstück auf die Spannvorrichtung aufgesetzt, dann wird das Bremselement geringfügig eingedrückt. Es liegt aber am Werkstück unter der Kraft der Feder an.
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Das Bremselement besitzt eine rutschhemmende Bremsfläche, die zum Beispiel aus Gummi oder einem anderen Material mit einem relativ hohen Reibungskoeffizienten besteht, so dass am Werkstück wirkende Querkräfte optimal abgestützt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken die Kraft der das Bremselement ausrückenden Feder so hoch ist, dass das Werkstück beim Ansaugen durch das unter Federkraft anliegende Bremselement verformt wird. Werden Federn mit einer geringeren Federkonstante verwendet, dann ist die Anlagekraft des Bremselements zu gering, so dass die Abstützung oder Bremsung der Querkräfte nur ungenügend ist.
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Aus der
EP 1 088 624 A2 ist ein Saugelement mit integriertem Bremselement bekannt, wobei das Bremselement fix ist. Aus der
US 5 522 478 A ist eine Vakuumspannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt. Das Bremselement muss aber mit einer Unterdruckquelle verbunden werden, so dass über dieses der Unterdruck an das Werkstück angelegt werden kann. Schließlich ist aus der
US 4 723 766 A eine Unterdruckspanneinrichtung bekannt, bei welcher pneumatisch Bremselement ausfahrbar sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumspannvorrichtung bereitzustellen, welche auch bei empfindlichen, insbesondere bei dünnwandigen, Werkstücken eingesetzt werden kann und die dennoch hohe Bremskräfte auf das Werkstück ausübt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vakuumspannvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 aufweist.
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Mit der erfindungsgemäßen Vakuumspannvorrichtung können nunmehr auch empfindliche, insbesondere dünnwandige, Werkstücke, gegen Verschieben gesichert werden, da das Bremselement nicht mehr entgegen der Federkraft vom Werkstück in das Gehäuse eingepresst werden muss, sondern mittels Unterdruck angesaugt wird. Hierdurch können unter Umständen sogar höhere Bremskräfte erzeugt werden, als bei den Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, da das Bremselement in Richtung auf das Werkstück nur sehr geringe Rückstellkräfte besitzt und eventuell unter höherem Druck am Werkstück anliegt.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, in welcher das Bremselement angeordnet ist und zumindest Teile des Bremselements verschieblich gelagert sind. In der Ruhestellung der Vakuumspannvorrichtung, also bei nicht angesaugtem Werkstück, befindet sich das Bremselement vollständig innerhalb der Ausnehmung und ragt nicht über die Spannfläche vor. Wird das Werkstück auf die Vakuumspannvorrichtung aufgesetzt und angesaugt, wird gleichzeitig das Bremselement aktiviert und ein Teil des Bremselements angesaugt, der sich innerhalb der Ausnehmung so weit verschiebt, bis es am Werkstück anliegt. Von Vorteil ist dabei, dass der Teil des Bremselements mit extrem geringen Kräften innerhalb der Ausnehmung in Richtung auf das Werkstück verschoben werden kann, jedoch quer zu dieser Verschieberichtung von den Wänden der Ausnehmung abgestützt wird. Aufgrund dieser Abstützung können die Bremskräfte aufgebracht und das Werkstück festgehalten werden.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Bremselement eine Grundhülse mit einem Deckel aufweist. Diese Grundhülse, die insbesondere als Zylinderhülse ausgebildet ist, ist in eine Zylinderbohrung in das Gehäuse eingesetzt, so dass der Deckel beim Anlegen des Unterdrucks und Spannen des Werkstücks angesaugt und dadurch innerhalb der Ausnehmung verformt wird. Mit Vorteil ist der Deckel auf die Grundhülse aufgeclipst.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Deckel mit einem zentralen Abschnitt elastisch in Richtung des Werkstücks verformbar ist. Dabei ist der zentrale Abschnitt über ein Gelenk mit dessen Randabschnitt verbunden, so dass der Randabschnitt fest in der Ausnehmung verankert werden kann, sich der zentrale Abschnitt jedoch über das Gelenk, insbesondere ein Klappgelenk oder eine Membrane, in Richtung des Werkstücks verlagern kann.
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Um den zentralen Abschnitt optimal bei seiner Bewegung zwischen der Ruhelage und der Arbeitslage zu führen, ist der zentrale Abschnitt mit einer Führungshülse verbunden. Diese Führungshülse ist dabei teleskopartig axial verschieblich in der Grundhülse gelagert. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Deckel aus einem Material hergestellt werden kann, welches einen hohen Reibungskoeffizienten besitzt, die Führungshülse jedoch aus einem Material bestehen kann, welches einen niedrigen Reibungskoeffizienten bezüglich der Grundhülse besitzt, so dass die Führungshülse leicht aufgrund der sehr geringen Reibungskräften axial verschoben werden kann.
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Um das Bremselement mit einer möglichst hohen Anpresskraft an das Werkstück anlegen zu können, ist das vom Werkstück abgewandte Ende des Bremselements mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt, der das Bremselement in Richtung des Werkstücks drängt. Auf diese Weise wirkt auf das Bremselement eine hohe, dem Unterdruck entsprechende Druckdifferenz.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Ausnehmung einen Verbindungskanal zur Umgebung auf. Dies bedeutet, dass dann, wenn das Bremselement innerhalb der Ausnehmung verschoben wird, sofort Luft in die Ausnehmung nachströmen kann, so dass das Bremselement ausschließlich den aus dem Unterdruck herrührenden Kräften folgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Vakuumspannvorrichtung in deren Ruhelage mit aufgesetztem, aber nicht angesaugtem Werkstück; und
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2 die Vakuumspannvorrichtung der 1 mit angesaugtem Werkstück.
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Die 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vakuumspannvorrichtung, auf die ein Werkstück 12 aufgesetzt ist. Die Vakuumspannvorrichtung 10 besitzt ein Gehäuse 14, welches eine dem Werkstück 12 zugewandte Spannfläche 16 aufweist. Innerhalb der Spannfläche 16 befindet sich ein Spannraum 18, welcher von Dichtungen 20 zur Umgebung 22 hin abgegrenzt ist. An diesen Spannraum 18 kann in beliebiger Weise, zum Beispiel über eine (nicht dargestellte) Saugleitung, ein Unterdruck angelegt werden, so dass das Werkstück 12 an die Spannfläche 16 und somit an die Vakuumspannvorrichtung 10 angesaugt wird.
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Im Bereich des Spannraums 18 ist das Gehäuse 14 mit einer Ausnehmung 24, zum Beispiel einer Zylinderbohrung 26, versehen, in welche ein insgesamt mit 28 bezeichnetes Bremselement eingesetzt ist. Die Ausnehmung 24 ist über einen Kanal 30 mit der Umgebung 22 strömungsverbunden.
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Das Bremselement 28 besitzt eine Grundhülse 32, die oberseitig, das heißt in Richtung des Werkstücks 12, mit einem Deckel 34 versehen und dicht verschlossen ist. Der Deckel 34 weist hierfür an der Unterseite seines Randabschnitts 36 eine Labyrinthnut 38 auf, in welche das freie, flanschartig ausgebildete Ende der Grundhülse 32 eingeclipst ist. Die Labyrinthnut 38 dichtet den Deckel 34 optimal gegenüber der Grundhülse 32 ab, so dass weder gasförmige noch flüssige Medien ins Innere der Grundhülse 32 eindringen können.
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Weiterhin ist aus der 1 erkennbar, dass die Grundhülse 32 eine Umfangsnut 40 aufweist, in welche ein Dichtungsring 42, insbesondere ein O-Ring, eingesetzt ist, der die Grundhülse 32 gegenüber dem Spannraum 18 abdichtet. Das untere Ende der Grundhülse 32 ist mittels eines Bodens 44 verschlossen, der in eine Innenumfangsnut 46 am unteren Ende der Grundhülse 32 eingesetzt ist. Vorteilhaft sind der Deckel 34 und der Boden 44 gleich ausgebildet, so dass keine zwei unterschiedlichen Bauteile verwendet werden müssen.
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Wie bereits erwähnt, weist der Deckel 34 den Randabschnitt 36 auf, wobei innerhalb des Randabschnitts 36 ein zentraler Abschnitt 48 vorgesehen ist, wobei der Randabschnitt 36 über ein Gelenk 50 mit geringer Wandstärke in den zentralen Abschnitt 48 übergeht. Der zentrale Abschnitt 48 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und besitzt an seiner dem Werkstück 12 zugewandten Oberseite 52 einen Reibbelag beziehungsweise eine Oberfläche mit einem hohen Reibungskoeffizienten. Vorteilhaft kann auch der gesamte Deckel 34 aus diesem Material hergestellt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Struktur der Oberseite 52 reibungserhöhend ausgestaltet ist. Der untere Teil, d. h. dem Werkstück 12 abgewandte Teil des zentralen Abschnitts 48 ist von einer Führungshülse 54 umgriffen, wobei die Führungshülse 54 in eine entsprechende Aufnahmebohrung 56 der Grundhülse 32 eingesetzt ist. Diese Aufnahmebohrung 56 stützt die Führungshülse 54 in radialer Richtung ab.
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Wird an den Spannraum 18 ein Unterdruck angelegt, dann wird das Werkstück 12 an die Spannfläche 16 des Gehäuses 14 angesaugt. Gleichzeitig bewirkt der im Spannraum 18 herrschende Unterdruck auch eine Verlagerung des zentralen Abschnitts 48 in Richtung des Werkstücks 12, so dass sich die Oberseite 52 des zentralen Abschnitts 48 an das Werkstück 12 anlegt. Dabei wird die Führungshülse 54 in der Grundhülse 32 um den Betrag 58 axial in Richtung des Werkstücks 12 verschoben. Da der zentrale Abschnitt 48 lediglich über das Gelenk 50 mit dem Randabschnitt 36 verbunden ist, bedarf es hierfür sehr geringer Kräfte, was bedeutet, dass auf das Werkstück 12 sehr geringe Rückstellkräfte und somit sehr geringe, im optimalen Falle, keine Verformungskräfte wirken. So wie der Deckel 34 verformt sich auch der Boden 44, insbesondere dessen zentraler Abschnitt 60, so dass der innerhalb der Grundhülse 32 herrschende Innendruck weitestgehend konstant bleibt. Bei gespanntem Werkstück 12 verhindert die Anlage des Deckels 34 am Werkstück 12 ein Verschieben des Werkstücks 12 bezüglich der Vakuumspannvorrichtung 10, indem die Querkräfte vom Bremselement 28 aufgenommen und abgestützt werden.
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Sobald der Spannraum 18 wieder belüftet wird, bewirken die geringen Rückstellkräfte des Gelenks 50 sowie des entsprechenden Gelenks 62 ein Abheben des Deckels 34 von der Unterseite des Werkstücks 12.
