DE102011011552B3

DE102011011552B3 - Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen

Info

Publication number: DE102011011552B3
Application number: DE201110011552
Authority: DE
Inventors: Michael Franzki
Original assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Current assignee: WVL Werkzeug und Vorrichtungsbau Lichtenstein GmbH
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-02-18

Abstract

Die Feststellung und Kontrolle einer lage- und wiederholgenauen Auflage von in einem bedienarmen Prozess gefertigten elektrisch leitfähigen Werkstücken (7) auf den stirnseitigen Auflageflächen (1.5) von drei festen und weiteren höheneinstellbaren Werkstückauflageelementen (1) erfolgt als Berührungskontakt mittels eines Wechselstrom- oder Gleichstromflusses als Kontrollstrom mit Kleinspannung. Dafür sind die Werkstückauflageelemente (1) kleindimensioniert, einfach, funktionssicher und den Werkstücken (7) angepasst auszubilden. Ein innerer Halterungskörper (1.1), der das Positionierelement (2) auf der stirnseitigen Auflagefläche (1.5) trägt, und dem über das Stromkabel (3) der Kontrollstrom zugeführt wird, ist gegenüber einem Außenkörper (1.3) und der Spannvorrichtung (5) mittels eines topfförmigen, elektrisch isolierenden Hohlzylinder mit Bodenplatte (1.2) form- und stoffschlüssig dicht und fest angeordnet Das Anwendungsgebiet sind werkstückspezifisch strukturierte Sonderspannvorrichtungen mit unterschiedlichen Stützkörpern für die Werkstückauflage.

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstandes aus, der für sich vielfach vorbekannt ist, da er eine Voraussetzung dafür ist, dass in Spannvorrichtungen gespannte Werkstücke in der geforderten Qualität gefertigt werden können.
Die Erfindung betrifft deshalb Funktionskomponenten für die Feststellung der Anwesenheit und für die Gewährleistung einer lage- und wiederholgenauen Anordnung von in der Spannvorrichtung eingelegten, positionierten und durch Spannkomponenten fixierten Werkstücken. Insbesondere bei Sonderspannvorrichtungen, bei denen die Spannkrafterzeugung, nach DIN 6300:2009-04 als Hydraulik-Druckölspannung oder als Pneumatik-Druckluftspannung definiert, ausgebildet ist, erfolgt die spanende Fertigung der Werkstücke auf Werkzeugmaschinen als bedienarmer Prozess. Dabei ist die seit Jahren bekannte aufwändige Art und Weise der Werkstückeinlegung in die Spannvorrichtung, der Werkstückauflage auf in der Regel drei festen und weitere höheneinstellbaren Werkstückauflage- oder Werkstückstützelementen und die nachfolgende Werkstück-Auflagekontrolle als manuelle Tätigkeit des Maschinenbedieners nicht mehr durchführbar. Es bedarf deshalb einer ergänzenden Ausbildung der Werkstückauflage- oder Werkstückstützelemente mit Elementen für eine aktive selbsttätige Zustandsüberwachung und -information, um die Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen fehlerfrei und ohne Bedieneraufwand durchführen zu können.
Stand der Technik bei aktiven selbsttätigen Werkstück-Auflagekontrollen sind:

• Pneumatische Auflagekontrollen, unter anderem bekannt aus DE 20 2006 003 402 U1 , DE 20 2008 002 735 U1 und DE 10 2008 006 776 B4 , wobei nach dem bekannten Staudruckprinzip der Luftabfrage, die über Leitungen zugeführte Blas-Druckluft an den Austrittsstellen auf die Werkstückflächen trifft und der sich an diesem aufbauendem Staudruck gegenüber dem Druck ohne aufliegendem Werkstück als Druckdifferenz ermittelt, bewertet und der Werkzeugmaschinen-Steuerung zugeführt wird,
• sensorisch kontrollierte Auflagekontrollen, bekannt unter anderem aus DE 20 2008 002 735 U1 und DE 20 2009 002 164 U1 , durch eine punktuelle Anwendung von induktiven Sensoren auf Spann- und Auflagebacken, Auflagetürmen und kompakten Haltekörpern, aber auch beispielsweise wie in DE 10 2005 008 095 A1 beschrieben, als einfacher kontaktierender Taststift, in DE 37 273 12 A1 als kontaktierender Sensor, um die Werkstücklage anzuzeigen und in DE 10 2005 027 721 A1 als Abstandsensor um die richtige Werkstücklage in einer Reinigungsvorrichtung kontrollieren zu können.
• elektronische federbewegliche Positionskörper zur Aufnahme von Messsignalen mittels Kontrollstrom über die vorliegende Spannkraft sowie als Störungsüberwachung gegenüber Spänen, wobei die Werkstück-Auflagefläche beweglich und eine kontaktierende Werkstück-Auflagekontrolle nach geordnet ist und damit nur das Vorhandensein des Werkstücks feststellbar ist. Dies ist Gegenstand von DD 276 642 A1 und DE 42 22 841 C1 sowie die
• Überwachung der Werkstückart und -position mittels Bilderzeugungs- und Bildauswertungsvorrichtungen ohne kontaktierende Werkstück-Auflagekontrolle, die Gegenstand unter anderem von DE 10 2008 005 034 A1 und DE 10 2008 046 621 A1 ist.

Nachteilig ist bei diesen Lösungsprinzipien und den dazu beispielhaft benannten Erfindungen, dass gegenüber den nach DIN 6321:2002-10 genormten, einfach, kleindimensioniert, höhengenau und funktionssicher mit einem zylindrischen Kopfteil sehr vorteilhaft ausgebildeten Auflagebolzen mehrere auch durch die ergänzende sensorische Ausbildung zu begründende, komplizierte, mehrteilige zum Teil sehr kompakte aufwändige Lösungen des Standes der Technik gefunden wurden.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Werkstück-Auflagekontrolle als alleinige Funktion in Spannvorrichtungen mittels lage- und wiederholgenauen stirnseitigen Auflageflächen auf festen und weiteren höheneinstellbaren Werkstückauflageelementen, werkstückangepasst angeordnet, zu realisieren, wobei die Vorteilhaftigkeit der Ausbildung der Auflagebolzen nach DIN 6321:2002-10 projiziert ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Auflagekontrolle

• elektrisch leitfähiger Werkstücke mittels eines Wechselstrom- oder Gleichstromflusses als in einer Kleinspannung zugeführten Kontrollstrom an ihrem Berührungskontakt auf dem jeweiligen Werkstückauflageelement zu realisieren,
• mit Werkstückauflageelementen, die als form- und stoffschlüssig dichte, elektrisch innen isolierende sowie späne- und schmutzabweisend außenisolierende, zylindrische, einfache und leichte Funktionskörper ausgebildet sind, zu realisieren.

Das Problem wird durch den Gegenstand des Patentanspruch 1 gelöst. Die vorgeschlagene Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen besteht im Wesentlichen aus jeweils einem Werkstückauflageelement wobei ein innerer Halterungskörper für das Stromkabel, mit dem der Kontrollstrom zugeführt wird, gegenüber einem Außenkörper und dem Vorrichtungskörper der Spannvorrichtung in einem topfförmig ausgebildeten, aus einem Rohr und aus einer Lochscheibe bestehenden, elektrisch isolierenden Hohlzylinder mit einer Bodenplatte, fest vergossen oder keramikbeschichtet, aufgenommen ist. Der innere Halterungskörper und der Hohlzylinder mit Bodenplatte sind als gegeneinander unbewegliche Funktionsteile form- und stoffschlüssig dicht und fest in dem Außenkörper des Werkstückauflageelementes angeordnet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentanspruch 2 bis 4 angegeben. Sie betreffen Ausbildungsvorschläge für

• die stirnseitige Auflagefläche, die Umfangsfläche sowie den Positionier- und Arretierzapfen des Werkstückauflageelementes
• die am Werkstück anliegenden Positionierelemente auf der stirnseitigen Auflagefläche und
• das Stromversorgungs- und Signalauswertesystem der Werkstück-Auflagekontrolle auf Spannvorrichtungen.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel und in einem Anwendungsbeispiel dargestellt und im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert:
1, 2 und 3: Vorderansicht-Darstellungen von Werkstückauflageelementen
4: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Spannvorrichtung mit einem Stromversorgungs- und Signalauswertesystem für die Werkstück-Auflagekontrolle
5: eine 3D-Ansicht eines Vorrichtungskörpers mit Positionierkörper-Ausbildungen
Das in den 1, 2 und 3 dargestellte Werkstückauflageelement 1 besteht im Wesentlichen aus dem inneren Halterungskörper 1.1, dem elektrisch isolierendem Hohlzylinder mit Bodenplatte 1.2 und dem Außenkörper 1.3, der mit einer Außenisolierungsschicht 4 versehen ist. Auf der oberen stirnseitigen Auflagefläche 1.5 an den Halterungskörpern 1.1 liegt jeweils ein Positionierelement 2 auf. Dieses Positionierelement 2 ist in 1 als flacher Auflagebolzen für das an seiner Unterseite beispielsweise finishbearbeitete Werkstück 7, gespannt mit dem Werkstückspannmodul 5.6, ausgebildet. Das Positionierelement 2 ist mit seinem unteren Gewindezapfen in dem Bolzenaufnahmegewinde 2.5 des Halterungskörpers 1.1 aufgenommen.
Im Gegensatz zu 1 ist der Positionierbolzen 2 in 2 und 3 gleichzeitig auch der inneren Halterungskörper 1.1 des Werkstückauflageelementes 1. Mit seiner balligen stirnseitigen Auflagefläche 1.5 stützt er das Werkstück 7 an dessen unbearbeiteten rohen Unterseite. Der Positionier- und Arretierzapfen 1.7 ist als Gewindezapfen ausgebildet. Mit diesem ist das so höheneinstellbare Werkstückauflageelement 1 in die Spannvorrichtung 5 verschraubt und wie in 3 und 5 dargestellt, mit einer passenden zusätzlichen Mutter justiert und gesichert. Der in 5 dargestellte Vorrichtungskörper 5.1 auf der Spannvorrichtung 5 bietet als Anwendungsvarianten der im jeweiligen Halterungskörper 1.1 aufgenommenen Positionierelemente 2 werkstückkonturabhängig einen zylindrischen Auflagebolzen mit flacher und balliger stirnseitiger Auflagefläche 1.5, einen Schraubstützbolzen 2.4 mit Sicherungsmutter oder mit federnden Taststiften sowie eine Variante ohne Positionierbolzen 2 an.
Das in 4 dargestellte Stromversorungs- und Signalauswertesystem einer Spannvorrichtung 5, ist mit festen Werkstückauflageelementen 1, und mit einem darauf aufliegenden elektrisch leitfähigen metallischen Werkstück 7, welches nach der Werkstück-Auflagekontrolle mit einem Werkstückspannmodul 5.6 gespannt ist, ausgestattet.
Die Spannvorrichtung 5 besteht im Wesentlichen aus den Funktionskomponenten:

• die Elektrokabel 3 zur Zuführung von Wechselstrom in Kleinspannung als Kontrollstrom
• ein Element 2.2 zur Messsignal-Einspeisung sowie Elemente 2.1 zur Messsignal-Ableitung als Ausbildungen der Halterungskörper 1.1 und der Positionierkörper 2
• weitere Kabel zur Messsignal-Weiterleitung
• ein Akku 5.3
• eine elektrische oder elektronische Signalauswerte-Einheit 5.2
• ein 2-Wege-Ventil 5.4 und eine Stauluftleitung 5.5 zur Weiterleitung von Signalen über den Zustand der Werkstück-Auflagekontrolle an die Werkzeugmaschinensteuerung der Werkzeugmaschine 6 oder zu einer, in der 4 nicht dargestellten, visuellen Signalanzeige für den Bediener

Das Elektrokabel 3 bzw. die Signalkabel werden von und nach außen durch als radiale oder achsiale Bohrungen im Außenkörper 3 des Werkstückauflageelementes 1 ausgebildete Kabeldurchführungen 1.6 geführt und enden an der Kabellötverbindung 3.1 mit einer Schlauchtülle 1.4 an der Unterseite des inneren Halterungskörpers 1. Im Ergebnis ist die lage- und wiederholgenaue richtige Werkstückauflage durch den inneren Halterungskörper 1.1 und durch das Positionierelement 2 mit dem kontaktierenden Werkstück 7 an der elektronischen Signalauswerte-Einheit 5.2 oder an einer visuellen Signalanzeige feststell- und auswertbar.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückauflageelement
1.1: Halterungskörper (von 1)
1.2: (elektrisch isolierender) Hohlzylinder mit Bodenplatte
1.3: Außenkörper (von 1)
1.4: Schlauchtülle für Kabelschlauch (von 3)
1.5: stirnseitige Auflagefläche (an 1.1)
1.6: Kabeldurchführung(en) (in 1.3)
1.7: Positionier- und Arretierzapfen (von 1)
1.8: federnder Taststift
2: Positionierelement
2.1: Element für Messsignal-Ableitung
2.2: Element für Messsignal-Einspeisung
2.3: Auflagebolzen
2.4: Schraubstützbolzen
2.5: Bolzenaufnahmegewinde (in 1.1)
3: Elektrokabel
3.1: Kabel-Lötverbindung
4: Außenisolierungsschicht (an 1.3)
5: Spannvorrichtung
5.1: Vorrichtungskörper
5.2: Elektronische Signalauswerte-Einheit
5.3: Akku
5.4: 2-Wege-Ventil
5.5: Stauluftleitung
5.6: Werkstückspannmodul
6: Werkzeugmaschine
7: Werkstück

Claims

Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen (5) für eine lage- und wiederholgenaue Feststellung eines aufliegenden, elektrisch leitfähigen metallischen und mit einem Werkstückspannmodul (5.6) gespannten Werkstückes (7) auf festen unbeweglichen stirnseitigen Auflageflächen (1.5) von Werkstückauflageelementen (1) oder Werkstück-Stützkörpern, über Berührungskontakte mittels eines Wechselstrom- oder eines Gleichstromflusses als Kontrollstrom, mit Kleinspannung über isolierte Potentialzuführungen bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Halterungskörper (1.1) für das jeweilige Stromkabel (3) gegenüber einem Außenkörper (1.3) und dem Vorrichtungskörper (5.1) der Spannvorrichtung (5) in einem topfförmig ausgebildeten, aus einem Rohr und aus einer Lochscheibe bestehenden, elektrisch isolierenden Hohlzylinder mit Bodenplatte (1.2) fest vergossen oder keramikbeschichtet aufgenommen ist und beide in dem Außenkörper (1.3) des Werkstückauflageelementes (1) als gegeneinander unbewegliche Funktionsteile form- und stoffschlüssig dicht und fest angeordnet sind.
Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstückauflageelement (1) als Adapter für werkstückabhängig ausgebildete Positionierelemente (2) an deren stirnseitigen Auflagefläche (1.5) mit einem achsialen Bolzenaufnahmegewinde (2.5) ausgestattet ist und dass sein Außenkörper (1.3) mit einem Positionier- und Arretierzapfen (1.7), durch dessen Kabeldurchführungen (1.6) das Stromkabel (3) zur Potentialzuführung außerhalb des Außenkörpers geführt, in dem jeweiligen Vorrichtungskörper (5.1) der Spannvorrichtung (5) aufgenommen ist und dass die Umfangsfläche und die stirnseitige Auflagefläche (1.5) des Außenkörpers (1.3) mit einer korrosionsbeständigen späneabweisenden Außenisolierungsschicht (4) versehen ist.
Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die im Halterungskörper (1.1) aufgenommenen Positionierelemente (2), werkstückkonturabhängig, wahlweise als • Zylindrische Auflagebolzen, jeweils auf einem unteren ebenfalls zylindrischen Positionier- und Arretierzapfen (1.7) geringeren Durchmessers oder auf einem Gewindeansatz, einstückig ausgebildet, angeordnet sind, wobei die obere stirnseitige Auflagefläche (1.5) flach, ballig oder geriffelt, sowie als Kegelstumpf oder als Pyramidenstumpf ausgebildet ist, als • Schraub-Stützbolzen, mit einer passenden zusätzlichen Mutter justier- und sicherbar, oder als • federnde Taststifte (1.8), ausgebildet auf dem Vorrichtungskörper (5.1) der Spannvorrichtung (5) angeordnet sind.
Werkstück-Auflagekontrolle in Spannvorrichtungen nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom- oder Gleichstromzufluss über die Elektrokabel (3) zu den Werkstückauflageelementen (1) als Elemente für Messsignal-Einspeisung (2.2) und als Elemente für Messsignal-Ableitung (2.1) zur Feststellung des auf auf allen stirnseitigen Auflageflächen (1.5) aufliegenden und kontaktierenden Werkstückes (7) über einen Akku (5.3), über eine elektronische Signalauswerte-Einheit (5.2) und über ein 2-Wege-Ventil (5.4), alle auf der Spannvorrichtung (5) angeordnet, sowie über eine Stauluftleitung (5.5) als Informationstransfer zur Werkzeugmaschine (6) von dieser aus steuer- und schaltbar sind.