DE102011117776B3

DE102011117776B3 - Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtung

Info

Publication number: DE102011117776B3
Application number: DE201110117776
Authority: DE
Inventors: Michael Franzki
Original assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Current assignee: WVL Werkzeug und Vorrichtungsbau Lichtenstein GmbH
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-11-05

Abstract

Bei einfach und energieeffizient ausgebildeten Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren zum Bohren und Fräsen von gehäuseförmigen und prismatischen Werkstücken entfällt zunehmend die Erzeugung und und Anwendung von Hydraulik-Drucköl. Die Gewährleistung einer bedienarmen anwendungssicheren Werkstückspannung erfordert aber weiterhin eine Ausstattung der Spannvorrichtungen mit hydraulischen Spannkomponenten. Der Spannkörper (1) beinhaltet oder trägt alle benötigten Spannantriebs- und Steuerungskomponenten für eine vorrichtungsinterne hydraulische Spannung der Werkstücke (17) in sensorkontrollierten Positionen an den Werkstückanlagen (21). Im Werkzeugmaschinentisch (10) verbleibt nur die Anordnung einer Elektroleitungs-Drehdurchführung (13) oder eines Elektroantriebsmotors (3). Das Anwendungsgebiet sind elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtungen mit intelligenter sensorischer Ausstattung.

Description

Die Erfindung geht von der im Oberbegriff des Patentanspruches definierten Elektrohydraulischen Werkstückspannvorrichtung aus, wobei der Spanndruck an hydraulischen betätigten Spannelementen mittels mindestens eines elektromotorisch angetriebenen Pumpenaggregates erzeugt wird.
Hydraulisch, das heißt mit Drucköl betätigte Spannelemente oder Spannkomponenten sind bekannte wesentliche Funktionselemente, um in werkstückspezifisch ausgebildeten Sonderspannvorrichtungen insbesondere gehäuseförmige und prismatische Werkstücke während ihrer spanenden Bohr- und Fräsbearbeitung auf Werkzeugmaschinen kräftig, sicher und bedienarm spannen zu können. In der Serienfertigung sind dabei die Wiederholgenauigkeit der Positionierung und die Werkstückspannung selbst eine wichtige Vorraussetzung für die anzustrebende Fertigungsqualität. Die Vorteile der Hydraulikspannung gegenüber der Handspannung und gegenüber anderen Spannmedien sind auch dann unverzichtbar, wenn zunehmend sogenannte hydraulikfreie Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren mittels elektromechanischer Aktuatoren, unter dem Aspekt eines minimierten Elektroenergieverbrauches, Antriebsfunktionen von Hydraulikaggregaten hinfällig werden lassen.
Eine spanende Werkstückfertigung von größeren Stückzahlen erfordert eine effektive Mehrstückspannung in der Werkstückspannvorrichtung, die mit einem Hydraulik-Spannsystem besonders zweckmäßig und kostengünstig realisierbar ist. Durch die bisher in der Werkzeugmaschine angeordneten elektromotorisch angetriebenen Pumpenaggregate ist die hydraulische Leistungsmedienversorgung für die Spannelemente oder die Spannkomponenten mittels Komponenten für die Druckölverteilung, Druckölzuführung und -steuerung zu realisieren. Eine Maschinenpalette, in der die Versorgungs- und Abführleitungen und weitere Funktionskomponenten sowie ihre Schnittstellen für das von Pumpenaggregaten zugeführte und abzuleitende Drucköl angeordnet sind, ist beispielhaft in DE 4 108 545 C2 beschrieben. Diese Maschinenpalette erfährt hier die Sonderausbildung einer Spannpalette, die alternativ zu den Norm-Maschinenpaletten nach DIN 55201 Teil 1: 1985-09 und DIN 55201 Teil 2: 1987-12 in einem Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrum, linear hin- und her gerichtet beweglich, aufgenommen ist.
Eine weitere Sonderausbildung einer Maschinenpalette ist in DE 10 2010 013 053 B3 beschrieben. Die Maschinenpalette einer Hydraulischen Werkstück-Spannvorrichtung ist ein hohler großdimensionierter Adaptionskörper, in dem ebenfalls Versorgungs- und Abführleitungen sowie Funktionsbaugruppen untergebracht sind. Die Hydraulische Werkstück-Spannvorrichtung kommt auf einem, als hydraulikfrei konzipierten, Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum zur Anwendung.
Die Maschinepalette beinhaltet hier die Funktionsbaugruppen Hydraulikpumpe und Stromgenerator für die Stromversorgung von Sensoren sowie für das intelligente Kommunikationssystem zwischen der Werkstück-Spannvorrichtung und der Steuerung des Bearbeitungszentrums. Darüber ist im Werkstück-Aufspannkörper der für die Hydraulikspannfunktion benötigte Hydrauliktank, zusätzlich zu den hydraulisch betätigten Spannelementen und Spannkomponenten, integriert. Durch das hydraulikfreie Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum erfolgt nur noch die Versorgung des elektromotorischen Antriebes sowie der Funktionselemente des Rundtisches mit Elektroenergie über im Tisch des Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum angeordnete Verbindungs- und Versorgungsleitungen.
Eine weitere Ausbildung eines mit Druckluft betriebenen Generators für die Stromversorgung von Sensoren ist unter anderem aus DE 20 2010 009 079 U1 bekannt.
Nachteilig ist, dass die für den Einsatz auf einem hydraulikfreien Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum notwendige ergänzende körperliche Integration der Spannantriebs- und Steuerungselemten in eine hydraulische Werkstückspannvorrichtung

– eine großräumige Ausbildung des Spannkörpers,
– eine hohe Dimensionierung der Maschinenpalette in der Sonderausbildung eines Adaptionskörpers,
– eine schwergewichtige Ausbildung und
– eine aufwändige Innen- und Leitungsstruktur dieser Komponenten

Die vorgeschlagene Lösung ist nur auf einem einfachen, einspindeligen mit waagerechtem Rundteiltisch ausgestatteten hydraulikfreien Bearbeitungszentrum mit großem Arbeitsraum anwendbar.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, dass insbesondere der Spannkörper und die Maschinenpalette von Hydraulischen Spannvorrichtungen

– raumsparend zu verkleinert,
– leichtgewichtig und
– einfachstrukturiert

Die Hydraulischen Spannvorrichtungen müssen dabei sowohl auf

– einer hydraulikfreien einfachen in Tisch- oder Ständerbauweise strukturierten Werkzeugmaschine oder auf
– einem hydraulikfreien, mit Palettenwechsler für eine Zwei-Stückanordnung beweglich ausgestatteten Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum

Aufgabe ist es alle funktionsbedingt für eine Hydraulikspannung notwendigen Spannantriebs- und Steuerungskomponenten so in eine Elektrohydraulische Spannvorrichtung zu integrieren, dass

– eine Fünfseitenbearbeitung der Werkstücke auf jedem mit, nach den Normmaßen in geringer Höhe ausgebildeten, Maschinenpaletten ausgestatteten hydraulikfreien Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum realisierbar ist oder
– sie auf einer einfachen, kompakten hydraulikfreien Werkzeugmaschine in Tisch- oder Ständerbauweise auf deren Werkzeugmaschinentisch fest anordenbar und betreibbar ist.

Das geschilderte Problem wird durch den Gegenstand des Patentanspruches gelöst.
Die hier vorgeschlagene Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtung hat einen Spannkörper an und auf den alle Spannantriebs- und Steuerungskomponenten angeordnet sind. Das sind mindestens

– ein Elektroantriebsmotor, in Schutzkleinspannung betätigbar, eine Hydraulikpumpe, ein Hydrauliktank und die Steuerventile für die vorrichtungsinterne Spannung der Werkstücke mittels Hydraulik-Spannelementen in sensorkontrollierten Positionen an den Werkstückanlagen am Spannkörper.

Außerdem sind

– ein Generator, soweit keine direkte Elektroleitungsverbindung zur Werkzeugmaschine besteht sowie
– Sensoren für Zustandsänderungsfeststellungen und ein Bussystem angeordnet. Unter dem Spannkörper befindet sich in einer konstanten und ständig wiederholbaren Position, direkt auf dem Werkzeugmaschinentisch aufsitzend, im Werkzeugmaschinentisch ein mit der Werkzeugmaschine über eine Elektroleitungsverbindung verbundener Elektroantriebsmotor. Dieser ist über dessen nach oben und senkrecht gerichteten Antriebswelle mit Spannantriebs- und Funktionskomponenten im Spannkörper, diese funktionsrealisierend oder funktionsunterbrechend betätigend, über Kupplungselemente verbunden. Alternativ befindet sich unter dem Spannkörper, der auf einem schwenkbeweglich gelagerten Rundteiltisch aufsitzt, im Werkzeugmaschinentisch eine Elektroleitungs-Drehdurchführung und eine nachfolgend nach oben gerichtete senkrechte Leitungsführung zu den Spannantriebs- und Steuerungskomponenten im Spannkörper hin.

Die Spannantriebs- und Steuerungskomponenten sind alternativ auf der waagerechten Kopfplatte oder auf der Grundplatte der Spannkörper angeordnet.
Sie sind bedienersicher geschützt sowie späneabweisend eingehaust.
In den flachen geringdimensionierten Paletten, Rundteiltischen oder auch in separaten Adaptionskörpern unter dem Spannkörper sind nur noch die Lagerbohrungen sowie die Kupplungselemente für die senkrechten Antriebswellen der Elektroantriebsmotoren und für die senkrechten Leitungsführungen aufgenommen und positioniert.
Die Erfindung ist in drei Ausführungsbeispielen in den Figuren vereinfacht dargestellt und im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert:
Die Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtung ist in
1, in einer Vorderansicht auf einem Werkzeugmaschinentisch,
2, in einer Vorderansicht auf einem Rundtisch,
3, in einer Vorderansicht auf einem Palettenwechsler und in
4, in einer Draufsicht nach 3, auf einem Bohr- Fräsbearbeitungszentrum angeordnet, dargestellt.
Die Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Spannkörper 1, mit einer Kopfplatte 15 oder mit einer Grundplatte 16 als alternative Anordnungspositionen der Spannantriebs- und Steuerungskomponenten, die nach 1, 3 und 4 oben auf dem Spannkörper 1 und nach 2 unten am Spannkörper 1 angeordnet sind. Die Spannantriebs- und Steuerungskomponenten umfassen jeweils den Elektroantriebsmotor 3, die Hydraulikpumpe 2, den Hydrauliktank 4, die Steuerventile 7, den Generator 5 und die direkten Elektroleitungsverbindungen 14 zwischen diesen Komponenten und der Vorrichtungssteuerung 6 sowie der Werkzeugmaschine bzw. der Steuerung des Bohr- und Fräsbearbeitungszentrums.
Die direkten Leitungsverbindungen 14 werden von einem gesonderten eingehausten Netzteil in der Werkzeugmaschine oder im Bearbeitungszentrum aus mit einer Schutzkleinspannung von 24 V betrieben.
Diese Leitungsverbindungen 14 treffen, nach der Darstellung in

– 1 auf einem im Werkzeugmaschinentisch 10 angeordneten Elektroantriebsmotor 3, der über die Antriebswellen 9 die Hydraulikpumpe 2 und unter Nutzung des Inhaltes des Hydrauliktankes 4, über Druckölleitungen die Hydraulikspannelemente 8 betreibt und damit zwei Werkstücke 17 spannt oder entspannt,
– 2 auf eine im Werkzeugmaschinentisch 10 und im schwenkbeweglichen Rundtisch 23 angeordnete Elektroleitungs-Drehdurchführung 13, die über senkrechte Elektroleitungen, den im Spannkörper 1 angeordneten Elektroantriebsmotor 3 für die Hydraulikpumpe 2 alle Funktionen auslöst, um mittels der Hydraulik-Spannelemente 8 zwei Werkstücke 17 zu spannen oder zu entspannen und in der Darstellung in
– den 3 und 4 Auf Elektroleitungs-Drehdurchführungen 13, Elektroantriebsmotoren 3, die über senkrechte Antriebswellen 9 die Hydraulikpumpen 2 und die Generatoren 5 sowie alle anderen Steuerungskomponenten, die auf den Kopfplatten 15 des Spannkörpers 1 eingehaust angeordnet sind, betreiben. Jeweils vier Werkstücke 17 sind, an den senkrechten Spannflächen anliegend und auf waagerechten Werkstückanlagen 21 aufliegend, mittels der Hydraulikspannelemente 8 gespannt. Die Zustände oder Zustandsänderungen am Spannkörper 1 und an den Werkstücken 17 werden mittels Sensoren 22 kontrolliert und intelligent überwacht.

Während der Spannkörper 1 nach Darstellung in

– 1 mit der Grundplatte 16, auf dem Werkzeugmaschinentisch 10 aufsitzend, mittels Befestigungsschrauben 25 befestigt ist, ist er in
– 2, 3 und 4 als um die senkrechte Schwenkachsen 18 um 90° bzw. 180° mittels des Rundtisches 23 schwenkbar, auf dem Werkzeugmaschinentisch 10 positioniert um mittels Befestigungsschrauben 25 fixiert.

Die Darstellung in den

– 3 und 4 zeigen vereinfacht zwei Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtungen auf den Palettenwechslern 24 eines entsprechend strukturierten hydraulikfreien Bohr- und Fräsbearbeitungszentrums. In der Fertigungsstellung 19 sind vier mit Hydraulikspannelementen 8 gespannte Werkstücke 17 am Spannkörper 1 auf Werkstückanlagen 21 aufliegend, gespannt. In der Werkstückwechselstellung 20 ist die Situation der entnommenen Werkstücke 17 dargestellt.

Die Paletten 11 unter dem Spannkörper 1 sind normativ flach als Platten ausgebildet. Sie beinhalten als Adaptionskörper der Spannkörpers 1 nur die Lager- und Aufnahmebohrungen für die senkrechten Antriebswellen 9, die Durchlässe für die Senkrechten Elektroleitungsführungen und stirnseitig zur Unterseite des Spannkörpers 1, des Rundteiltisches 23, und zur Tischfläche des Werkzeugmaschinentisch 10 gelegen, positionsgenau angeordnete Kupplungselemente 12.
Bezugszeichenliste

1: Spannkörper
2: Hydraulikpumpe
3: Elektroantriebsmotor
4: Hydrauliktank
5: Generator
6: Vorrichtungssteuerung
7: Steuerventile
8: Hydraulik-Spannelemente für 17
9: Antriebswelle für 2
10: Werkzeugmaschinentisch
11: Palette(n) an 24
12: Kupplungselemente
13: Elektroleitungs-Drehdurchführung für 14
14: Elektroleitungsverbindung(en) in 10
15: Kopfplatte von 1
16: Grundplatte von 1
17: Werkstück(e)
18: Schwenkachse(n)
19: Fertigungsstellung von 17
20: Werkstückwechselstellung von 17
21: Werkstückanlage(n) an 1
22: Sensoren an 8 und an 21
23: Rundteiltisch, schwenkbeweglich
24: Palettenwechsler
25: Befestigungsschrauben für 1, auf 10 oder 11

Claims

Elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtung, die direkt auf einer Maschinenpalette (11) einer Werkzeugmaschine fest angeordnet ist, wobei diese spanende Werkzeugmaschine hydraulikfrei ausgebildet ist, wobei unter einem, in einer konstanten und ständig wiederholbaren Position befindlichen Spannkörper (1), direkt auf einem Werkzeugmaschinentisch (10) aufsitzend, im Werkzeugmaschinentisch (10) ein mit der Werkzeugmaschine über eine Elektroleitungsverbindung (14) verbundener Elektroantriebsmotor (3) eingebracht ist, wobei dieser über Kupplungselemente (12) über dessen nach oben und senkrecht gerichteten Antriebswelle (9) mit im Spannkörper (1) befindlichen Spannantriebs- und Steuerungskomponenten funktionsrealisierend oder funktionsunterbrechend betätigend, verbunden ist, wobei diese Spannantriebs- und Steuerungskomponenten, auf der waagerechten Kopfplatte (15) oder auf der Grundplatte (16) des Spannkörpers (1) angeordnet, bedienersicher und geschützt sowie späneabweisend eingehaust sind und wobei in Maschinenpaletten (11), Rundteiltischen (23) oder in separaten Adaptionskörpern unter dem Spannkörper (1) nur die Lagerbohrungen sowie die Kupplungselemente (12) für die senkrechten Antriebswellen (9) der Elektroantriebsmotoren (3) und für die senkrechten Leitungsführungen aufgenommen und positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrohydraulische Werkstückspannvorrichtungen vorgesehen sind, wobei die Maschinenpaletten (11) der zwei elektrohydraulischen Werkstückspannvorrichtungen von einem Palettenwechsler (24) mit Rundteiltischen (23) geschwenkt, sich abwechselnd in der Fertigungsstellung (19) und in der Werkstückwechselstellung (20) eines Bohr- und Fräsbearbeitungszentrums befinden, wobei an und auf den Spannkörpern (1) alle Spannantriebs- und Steuerungskomponenten, wie jeweils mindestens – der Elektroantriebsmotor (3), eine Hydraulikpumpe (2), ein Hydrauliktank (4) und die Steuerventile (7) für die vorrichtungsinterne hydraulische Spannung von Werkstücken (17) mittels Hydraulik-Spannelemente (8) in sensorkontrollierten Positionen an Werkstückanlagen (21) und ein – Generator (5), soweit keine direkte Elektroleitungsverbindung (14) zur Werkzeugmaschine besteht sowie – Sensoren (22) für Zustandsänderungsfeststellungen und ein Bussystem (6) angeordnet sind, und wobei in der Fertigungsstellung (19) vier Werkstücke (17) der Werkstückspannvorrichtung einspannbar sind.