DE102011100184B3 - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen - Google Patents
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Abstract
Die Feststellung, Kontrolle und sensorische Auswertung der Ge- und Entspanntzustände von Werkstücken (3) erfolgt über direkte unmittelbare Werkstückkontakte der Spannflächen (1.1) von bewegten Spannelementen (1) mittels eines Wechselstrom- oder Gleichstromflusses in Kleinspannung. Dabei sind die elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten Werkstückauflage (4), als Messsignal-Einspeispunkt, das aufliegende Werkstück (3) mit dem Spannelement (1), über dessen Spannfläche (1.1) kontaktierend oder durch einen Kontaktspalt (1.3) beabstandet, leitungs- und informationsverbunden. Dies ist mit einer gleichartigen Werkstückauflagekontrolle, getrennt oder gemeinsam vernetzt, in einer Spannvorrichtung realisierbar. Das Spannelement (1), die Werkstückauflagen und Werkstückanlagen (4 und 5) sind mit einer elektrisch isolierenden Keramik-Beschichtung (6), an Ihren Kontaktflächen isoliert, ausgebildet. Das Anwendungsgebiet sind in eine automatisierte Prozessfolge integrierte Spannvorrichtungen, insbesondere für die Autoteilefertigung.
Description
- Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand aus und betrifft funktionsbestimmende Hauptmerkmale von Werkstückeinspannvorrichtungen.
- Nach DIN 6300: 2009-04 ist die Aufgabe von Vorrichtungen als Fixierung der Lage von Werkstücken während formändernder Fertigungsverfahren definiert. Als Arten der Spannkrafterzeugung werden unter anderen die Handkraft, die Hydraulik-Drucköl- und die Pneumatik-Druckluft-Spannkrafterzeugung benannt, mit der wiederholgenau positionierte Werkstücke gespannt werden. Bekanntes Wissen von Mitarbeitern, die die Spannvorrichtungen für die spanende Fertigung bereitstellen, und von den Bedienern der Werkzeugmaschinen, die während der spanenden Fertigung die Werkstücke aus- und einspannen, ist, dass nach dem Ein-, Auf-, und Anlegen des Werkstückes in der Spannvorrichtung die Zustellung des Spannelements zur Spannstelle am Werkstück, die Aufbringung der Spannkraft und eine visuelle Kontrolle des Gespanntzustandes des Werkstücks zu erfolgen hat. Bei einer Handspannvorrichtung realisiert diese drei Verfahrensschritte der Bediener selbst. Beim Entspannen wird mit Handkraft das Werkstück durch Zurückbewegen des Spannelementes durch den Bediener visuell kontrolliert, ob das Werkstück freigegeben ist und die Entnahme des Werkstückes ohne Kollision mit anderen Vorrichtungskomponenten realisierbar ist.
- Stand der Technik sind, beispielhaft beschrieben,
- • in
DE 10 2008 004 286 A1 und inDE 10 2006 002 129 A1 mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft betriebene Spannbewegungs-Antriebe für linear- und schwenkbeweglich betätigte Spannelemente, wobei die kolbenabhängige Antriebsbewegung endet, wenn das Spannelement mit seiner Spannfläche das Werkstück kontaktiert und spannt, - • in
DE 10 2004 007 346 B3 und inDE 198 24 579 C1 ebenfalls mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft kolbenabhängig betriebenene Spannbewegungs-Antriebe für linearbewegte und mit einem Kniehebelgelenk ausgestattete schwenkbare Spannelemente und - • in
DE 3834 650 A1 und inDE 26 14549 C2 linearbewegte Spannelemente, wobei deren Endstellungen, über die Spannfläche mit dem Werkstück kontaktierend, mittels Kolbenhub-Begrenzungselementen einstellbar ist - Nachteilig ist, dass mit den benannten Ausbildungen der mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft betriebenene Spannbewegungs-Antriebe das Spannelement mit einer konstanten Spannkraft ausgestattet in die Spannstelle am Werkstück bewegt ist, aber eine punkt- oder linienartige sowie flächige Kontaktierung der Spannfläche des Spannelements am Werkstück nicht ohne eine visuelle Kontrolle des Bedieners gewährleistet ist. Bei toleranzbedingt tiefer oder höherliegenden Spannstellen sowie anderen Strukturen und Maßänderungen der Werkstücke sind durch die punktgnau über das Kniehebelgelenk oder über die Spannbewegungs-Antriebe positionierten Spannflächen der Spannelemente keine oder keine sicheren Werkstückspannungen feststell- und realisierbar.
- Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass unter den Bedingungen einer bedienarmen Fertigung oder einer automatisierten Prozessfolge eine unaufwändige und eindeutige Zustandsaussage über den Ge- und Entspanntzustand und damit über eine vollzogene sichere Werkstückspannung und – Entspannung nicht möglich ist.
- Es ist Aufgabe der Erfindung Spannvorrichtungen mit Ge- und Entspanntzustands-Kontrollkomponenten auszustatten, so dass an allen Spannstellen der Werkstücke unmittelbar und selbsttätig diese Zustandsinformationen feststell-, kontrollier- und als sensorische Steuerungsinformation auswertbar sind. Eine schnelle, unaufwendige und eindeutige Bedienerinformation ist zu gewährleisten und Fehlinformationen sind zu vermeiden.
- Das Problem wird durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst. Vorgeschlagen ist eine Zustandskontroll-Komponentenverbindung, die aus den elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten, eine Werkstückauflage über deren Kabelanschluss ein Wechselstrom oder ein Gleichstromfluss, beide in Kleinspannung als Messsignal-Einspeispunkt zugeführt ist, mindestens einen aufliegenden Werkstück, welches von mindestens einem, mit einem Spannbewegungs-Antrieb bewegungsverbundenen Spannelement über dessen ballige, abgerundete oder flache Spannfläche punkt-, linienartig oder vollflächig an der Spannstelle direkt kontaktiert oder durch einen Kontaktspalt von diesem beabstandet ist.
- Diese o. g. Werkstückauflage, das Spannelement sowie weiter vorhandene feste oder einstellbare Werkstückauf- und anlagen als Elemente für eine Messsignal-Ableitung sind über Kabel mit Signalauswerteeinheiten und deren optische Signalanzeigen zur Darstellung von Kontrollinformationen über vollständige und lagerichtige Auf- und Anlagen des Werkstückes, Gespanntzustände soweit zeitversetzt Entspannzustände des Werkstückes leitungs- und informationsverbunden.
- Das Spannelement mit dem Spannbewegungs-Antrieb und alle Werkstück-Auflagen und Werkstück-Anlagen sind mittels elektrisch isolierenden Beschichtungen an ihren Kontaktflächen, zur Vorrichtungsgrundplatte hin gerichtet, ausgestattet.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben. Sie betreffen Ausbildungsvorschläge für
- • die koordinierte, getrennt oder gemeinsam vernetzte Anordnung der Zustandskontroll-Komponentenverbindung mit einer Auflagekontroll-Komponentenverbindung,
- • die Zuordnung und die Informationsverbundenheit jedes Spannelementes mit optischen Signalanzeigen einer Signalauswerteeinheit
- • die Kontaktierung, Leitungs- und Informationsverbundenheit jedes Spannelementes im Entspanntzustand mit dem Steuerungs- und Antriebskomponenten einer Werkzeugmaschine oder eines Werkstück-Handlingroboters und
- • die Dimensionierung des Wechselstroms- und des Gleichstromzuflusses.
- Die Erfindung ist vereinfacht in drei Ausführungsbeispielen dargestellt und im folgenden
- Teil der Beschreibung näher erläutert:
-
1 eine Vorderansicht-Darstellung mit Gespanntzustandskontrolle und -
2 eine Vorderansicht-Darstellung mit Entspanntzustandskontrolle eines mit vier Spannelementen gespannten Werkstückes, welches auf sechs Werkstückauflagen und Werkstückanlagen positioniert ist -
3 eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung mit sechs Spannstellen sowie Signalauswertesystemen für Zustandskontrollen - Auf der in den
1 und2 dargstellten Spannvorrichtung wird ein lagerförmiges Werkstück3 mit vier Spannelementen1 über deren Spannfläche1.1 an den Spannstellen2 , auf der Vorrichtungsgrundplatte7 auf den Werkstückauflagen4 und5 aufliegend und anliegend, positioniert und gespannt. Auf der Vorrichtungsgrundplatte7 sind beispielhaft untereinander, die Signalauswerteeinheit10 mit vier Signalanzeigen10.1 für die Information und Auswertung der Gespanntzustände an einer von vier Spannstellen2 , in der Mittellage die Signalauswerteeinheit11 mit vier Signalanzeigen11.1 für die Information und Auswertung des Entspanntzustandes und unten die Signalauswerteeinheit12 mit sechs Signalanzeigen12.1 für die Information und Kontrolle über die Auflage und Anlage des Werkstückes3 auf den Werkstückauflagen und Werkstückanlagen4 und5 angeordnet. - Der Spannbewegungs-Antrieb
1.2 . ist in1 als hydraulisch betätigte Funktionskomponente für ein entlang und um eine senkrechte Mittenachse bewegliches Spannelement1 , welches am Ende seiner nach unten, gerichteten Spannbewegung mit seiner Spannfläche1.1 das Werkstück3 an der Spannstelle2 kontaktiert. - Dadurch kommt es zu einem Wechselstromfluss vom Kabelanschluss
4.1 über die Werkstückauflage4 , das Werkstück3 , die Spannstelle2 , die Spannfläche1.1 , das Spannelement1 das Kabel9 zur Signalauswerteeinheit10 einerseits und vom Kabelanschluss4.1 über die Werkstückauflage4 , das Werkstück3 , die Werkstückauflagen und Werkstückanlagen5 , von denen je drei fest und eine einstellbar ausgebildet sind, über das Kabel5.1 zur Signalauswerteeinheit12 andererseits, da das Werkstück3 alle benannten Funktionskomponenten elektrisch leitfähig sind. - Der Spannbewegungs-Antrieb
1.2 ist in2 als eine hydraulisch betätigte Funktionskomponente ausgebildet, mit dem über ein Hebelgelenk das Spannelement2 um eine waagerechte Schwenkachse nach oben und hinten in die Entspanntstellung bis zur Anlage an der Steuerungsleiste1.4 wegschwenkbar ist. Dadurch kommt es zu einem Wechselstromfluss über das Spannelement1 , Steuerungsleiste1.4 , über Kabel9 zur Signalauswerteeinheit11 . An den vier Signalanzeigen11.1 der Signalauswerteeinheit11 ist als Information und Auswertung des Entspanntzustandes die realisierte Entspanntstellung der vier Spannelemente1 feststellbar. - In
3 ist vereinfacht das Leitungs- und Informationssystem, mit dem die sechs Spannelemente1 , die Werkstückauflage4 , die zwei festen und die drei einstellbaren Werkstückauflagen5 , die drei festen Werkstückanlagen5 sowie die sechs in der weggeschwenkten Entspannstellung der Spannelemenmte1 angeordneten Steuerungsleisten1.4 mit dem nebeneinander angeordneten Signalauswerteeinheiten10 ,12 und11 über die Kabel4.1 ,5.1 und9 verbunden sind, dargstellt. Nicht in3 ist die Leitungs- und Informationsverbindung von den Signalauswerteeinheiten auf der Vorrichtungsgrundplatte7 zur Steuerung und zu den Antriebskomponenten der Werkzeugmaschine8 dargestellt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Spannelement
- 1.1
- Spannfläche an
1 - 1.2
- Spannbewegungs-Antrieb für
1 - 1.3
- Kontaktspalt zwischen
1.1 und3 - 1.4
- Steuerungsleiste für
1 - 2
- Spannstelle
- 3
- Werkstück(e)
- 4
- Werkstückauflagen; Werkstückanlagen
- 4.1
- Kabelanschluss an
4 - 5
- Werkstückauflagen
- 5.1
- Kabel zwischen
5 und12 - 6
- isolierende Beschichtung(en)
- 7
- Vorrichtungsgrundplatte
- 8
- Werkzeugmaschine
- 9
- Kabel zwischen
1 und10 sowie1.4 und11 - 10
- Signalauswerteeinheit (Gespanntzustand)
- 10.1
- Signalanzeige für
10 - 11
- Signalauswerteeinheit (Entspanntzustand)
- 11.1
- Signalanzeige für
11 - 12
- Signalauswerteeinheit (Auflagekontrolle)
- 12.1
- Signalanzeige für
12
Claims (5)
- Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen zur Feststellung, Kontrolle und Auswertung sensorische Steuerungsinformationen für den Start einer nachfolgenden spanenden Fertigung auf einer Werkzeugmaschine oder für den Start einer nachfolgenden Werkstückentnahme mittels Roboter-Handling durch direkte unmittelbare Werkstückkontakte der Spannflächen (
1.1 ) beweglich gelagerter Spannelemente (1 ) welche mit Spannstellen (2 ) von Werkstücken (3 ) funktionsverbunden sind, gekennzeichnet, durch eine Zustandskontroll-Komponentenverbindung die die elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten umfasst: • eine Werkstückauflage (4 ), über deren Kabelanschluss (4.1 ) ein Wechselstrom- oder ein Gleichstromfluss, beide in Kleinspannung, als Messsignaleinspeispunkt zugeführt ist, • mindestens ein, aufliegendes Werkstück (3 ), welches von • mindestens einem, mit einem Spannbewegungs-Antrieb (1.2 ) bewegungsverbundenen Spannelement (1 ), über dessen ballige, abgerundete oder flache Spannfläche (1.1 ) punkt-, linienförmig oder vollflächig an der Spannstelle (2 ) direkt kontaktiert oder durch einen Kontaktspalt (1.3 ) von diesem beabstandet angeordnet ist und wobei die Werkstückauflage (4 ), das Spannelement (1 ) sowie weitere feste oder in ihrer Lage einstellbare Werkstückauflagen (4 ) und Werkstückanlagen (5 ) als Elemente für eine Messsignal-Ableitung über Kabel (5.1 ) mit Signalauswerteeinheiten (10 ,11 ,12 ) und deren optisches Signalanzeigen (10.1 ,11.1 ,12.1 ) zur Darstellung von Kontrollinformationen über • vollständige und lagerichtige Auf- und Anlagen des Werkstückes (3 ), • Gespanntzustände, sowie zeitversetzt, • Entspanntzustände des Werkstückes (3 ) leitungs- und informationsverbunden sind, wobei das Spannelement (1 ) mit dem Spannbewegungs-Antrieb (1.2 ) und alle Werkstückauflagen (4 ) sowie Werkstückanlagen (4 ;5 ) an ihren zur Vorrichtungsgrundplatte (7 ) hin gerichteten Kontaktflächen mit elektrisch isolierenden Beschichtungen (6 ) ausgestattet sind. - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandskontroll-Komponentenverbindung eine Auflagekontroll-Komponentenverbindung für die Werkstücke (
3 ), die aus den elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten, die mit einem Kabelanschluss (4.1 ) ausgestattet sind, aufweist wobei die Auflagekontroll-Komponentenverbindung: • eine Werkstückauflage (4 ) als Messsignal-Einspeispunkt, • mehrere weitere Werkstückauflagen (4 ) und Werkstückanlagen (5 ) als Messsignal-Ableitungen sowie • mindestens ein auf diesen aufliegendes Werkstück (3 ) umfasst, wobei die Werkstückauflagen (4 ) und die Werkstückanlagen (5 ) gegenüber der Vorrichtungsgrundplatte (7 ) elektrisch isoliert oder beabstandet angeordnet, über Kabel (5.1 ) mit einer Signalauswerteeinheit (12 ) und deren optischen Signal-Anzeigen (12.1 ) für jede Werkstückauflage (4 ) und Werkstückanlage (5 ), getrennt oder gemeinsam vernetzt leitungs- und informationsverbunden, sowie eingehaust auf der Vorrichtungsgrundplatte (7 ) angeordnet sind. - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Spannelemente (
1 ), die mit ihren Spannflächen (1.1 ) das Werkstück (3 ) an den Spannstellen (2 ) kontaktieren oder von diesem beabstandet sind, jeweils eine getrennt von den anderen funktionierende optische Signal-Anzeige (10.1 ) einer Signalauswerteeinheit (10 ) zugeordnet und mit diesem informationsverbunden ist. - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Spannelement (
1 ) im Entspanntzustand eine, an dem Spannbewegungs-Antrieb (12 ) isoliert angeordnete Steuerungsleiste (1.4 ) kontaktiert und ein Wechselstrom- oder Gleichstromkreis mit den Steuerungs- und Antriebskomponenten einer Werkzeugmaschine (8 ) oder eines Werkstück-Handlingroboters leitungs- und informationsverbunden ist. - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Zustandskontroll-Komponentenverbindung zuschaltbarer Wechselstromfluss in einer Kleinspannung von 5 Volt und ein Gleichstromfluss in einer Kleinspannung von 12 Volt dimensioniert ist.
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