DE102012014617B3

DE102012014617B3 - Intelligente Werkstückspannvorrichtung mit Netzanschlussmodul

Info

Publication number: DE102012014617B3
Application number: DE201210014617
Authority: DE
Inventors: Michael Franzki; Benjamin Fink
Original assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Current assignee: WVL Werkzeug und Vorrichtungsbau Lichtenstein GmbH
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2032-07-25

Abstract

Das Netzanschlussmodul (2) besteht aus einem ortsfest an einer intelligenten Werkstückspannvorrichtung (1) angeordneten Vorrichtungsmodul-Teil (2.1) und aus einem ebenfalls ortsfest auf einem Werkzeugmaschinentisch (3.1) eines spanenden Bearbeitungszentrums (3) stationierten beweglichen Maschinenmodul-Teil (2.2). Mit deren Kontaktierung ist eine Datenübermittlung mit elektrischen Leitungen (4) an der Netzanschlussstelle (2.3) zwischen der Spannvorrichtung (1) und einem spanenden Bearbeitungszentrums (3) oder einem Werkstückhandlingsroboter, die Übertragung von Steuerungssignalen von der Werkzeugmaschinensteuerung (3.3) und die Zuführung von Elektroenergie realisierbar. Besonderes Anwendungsgebiet ist die Datenübertragung von sensorisch auf der Intelligenten Spannvorrichtungen (1) festgestellten Maß-, Positions- und Zustandsänderungen für eine aktorische Kompensation durch die Werkzeugmaschinensteuerung (3.3).

Description

Die Erfindung geht von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Intelligenten Werkstückspannvorrichtung aus, wobei über ein separates Netzanschlussmodul eine Datenvernetzung mit einem spanenden Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrum oder mit einem Werkstückhandlingsroboter realisierbar ist.
Kennzeichnend für eine Intelligente Werkstückspannvorrichtung ist, dass nach einer sensorischen Feststellung und Erfassung von Maß-, Positions- und Zustandsänderungs-Daten am Werkstück und an der Werkstückspannvorrichtung diese in der Regel mittels elektrischer Leitungen an die Werkzeugmaschinensteuerung oder an die Steuerung eines Werkstückhandlingsroboters für eine mögliche oder notwendige aktorische Kompensation übertragen werden. Dabei soll über einen Netzanschlussmodul eine kontaktierende Leitungsverbundenheit oder eine kontaktlösende Trennung der elektrischen Leitungen des Datennetzes erfolgen können. Über dieses Netzanschlussmodul soll aber auch die Bereitstellung von Elektroenergie und anderen für die Sensoren auf der Werkstückspannvorrichtung realisiert werden können.
Stand der Technik ist, dass bei Intelligenten Werkstückspannvorrichtungen und auch bei mit Sensoren ausgestatteten Elektrohydraulischen Werkstückspannvorrichtungen die elektrischen Datenleitungen und Versorgungsleitungen für Elektroenergie körperintegriert in den Funktionskomponenten angeordnet sind. An den Kontakt- und Übergangsstellen von den Auf- und Anlageelementen, über die Adapterplatten zu dem Vorrichtungskörper und von diesem zur Maschinenpalette oder zum Ständer des Bearbeitungszentrums und zur Maschinensteuerung hin gerichtet sind insbesondere bei Bewegungsabläufen zwischen diesen Komponenten Durchführungs- und Schutzelemente für die elektrischen Leitungen auszubilden und anzuordnen.
Beispielhaft für erfinderische und nicht erfinderische Ausbildungen einer komponentenintegrierten elektrischen Leitungsführung in Werkstückspannvorrichtungen mit flächiger Direktkontaktierung zur Maschine sollen hier

Bei Maschinenkomponenten, die mit einem in diesen angeordneten elektromotorischen Funktionsantrieb ausgestattet sind, ist wie in

– DE 103 50 872 A1

DE 25 43 458 C2

Der Stand der Technik bei derartigen Leitungsverbindungen, mit denen funktionsfähige Datenvernetzungen realisierbar sind, ist weiterhin durch Lösungen für Funktionselemente, um

– wiederholgenaue Kontaktfindungen mit Führungsbolzen in Führungsbacken und Positionieransätzen in passenden Vertiefungen,
– stabile Kontakthaltungen mittels schwenkbarer Zug- und Rasthebeln, Verriegelungsrastelementen und Schraubklemmungen, und um
– Kontaktsicherungen sowie Isolierungen der Kontaktstelle mit abgedichteten und verriegelten Verschlussdeckeln, Druckmutter-Verschraubungen und Verschlussstopfen

– DE 2 301 798 A , DE 89 04 676 U
– DD 130 398 ,
– DE 10 2009 018 714 B3 und DE 10 2010 021 772 A1

Dieser im vorstehenden Text an einer Reihe von Lösungsbeispielen dargestellte Stand der Technik ist bezogen auf dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand mit folgenden Nachteilen behaftet:

– die in die Funktionskomponenten der Intelligenten Werkstückspannvorrichtung und des Bearbeitungszentrums integrierten daten- und elektroenergieführenden Leitungen bedingen einen hohen Herstellungsaufwand für die Kanalbohrungen sowie für die Durchführungs- und Schutzelemente und einen hohen Installations- sowie Service-Aufwand für die verwendeten Kabel.
– die beweglichen Teile des Netzanschlussmodules werden ausschließlich von Hand in die Kontaktstelle geführt. Die positionsgenaue Kontaktfindung, Kontakthaltung und Kontaktsicherung erfordern eine zeitaufwändige Bedienertätigkeit, die bei gekapselten Prozessabläufen deren Unterbrechung erforderlich macht.
– die Ausbildung der Funktionselemente für positionsgenaue Kontaktfindung, Kontakthaltung und Kontaktsicherung der beiden Teile eines Netzanschlussmodules ist für einen automatisierten Prozessablauf nicht geeignet.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt deshalb das Problem zu Grunde, ein Netzanschlussmodul für die Realisierung eines Netzanschlusses von Intelligenten Werkstückspannvorrichtungen so auszubilden, dass

– eine kontaktierend verbundene und kontaktlösende Leitungsführung elektrischer Leitungen zwischen der Intelligenten Werkstückspannvorrichtung und einem spanenden Bearbeitungszentrum eine freie, vom unmittelbaren Arbeitsraum abseits gehaltene, flexible und sichere Leitungsführung hat
– die beweglichen Teile des Netzanschlussmodules mittels einer linearbeweglichen Antriebsbaugruppe in die Kontaktstellung und in die kontaktgelöste Stellung, durch die Maschinesteuerung prozessabhängig steuerbar, automatisiert bewegbar sind
– das bewegliche Maschinenmodul-Teil, die Kontaktelemente sowie die Kontaktstifte beider Modul-Teile so ausgebildet sind, dass eine wiederhol- und positionsgenaue sowie automatisiert ablaufende Kontaktfindung, Kontakthalterung, Kontaktsicherung sowie Isolierung der Kontaktstelle durchführbar sind.

Damit soll die Aufgabe der Schaffung eines dauerhaft funktionsfähigen Netzanschlussmodules, über das die elektrischen Leitungen eines Datennetzes kontaktierend verbunden oder kontaktlösend getrennt sind, unter den Anwendungsbedingungen einer Intelligenten Werkstückspannvorrichtung gelöst werden.
Das Problem und damit die benannte Aufgabenstellung werden durch den Patentanspruch 1 gelöst. Ein Netzanschlussmodul besteht aus einem Vorrichtungsmodul-Teil und einem Maschinenmodul-Teil. Das Vorrichtungsmodul-Teil ist ortsfest mit einer Adapterplatte an einer Außen- oder Stirnseite eines Vorrichtungskörpers angeordnet. Es ist gerahmt ausgebildet und trägt die festen leitungsverbundenen Kontaktstifte. Ein gleichartig gerahmtes, federnde Kontaktstifte tragendes Maschinenmodul-Teil ist auf einem, auf dem Werkzeugmaschinentisch oder am Maschinenständer eines Bearbeitungszentrums befestigten Lagerbock beweglich angeordnet. Mittels eines linearen Bewegungsantriebes ist es in die kontaktierende Netzanschlussstelle mit dem Vorrichtungsmodul-Teil kontakthaltend und entgegengerichtet in eine kontaktgelöste Stellung bewegbar. Die Kontaktstellung beider Modul-Teile ist durch keilförmige Kontaktierungselemente am Vorrichtungsmodul-Teil wiederholgenau positionierbar.
Das Maschinenmodul-Teil ist in der kontaktgelösten Stellung in ein Gehäuse des linearen Bewegungsantriebes zurückbewegt. Dabei ist eine stirnseitig an diesem Gehäuse angeordnete haubenförmige Abdeckklappe federnd geschlossen. Während der Zuführungsbewegung des Maschinenmodul-Teiles in die kontaktierende Stellung ist diese Abdeckklappe und auch die Abdeckklappe am Vorrichtungsmodul-Teil mittels einer am Maschinenmodul-Teil angeordneten Klappenöffnungs-Schubstange geöffnet.
Weitere Ausstattungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 benannt. Sie betreffen

– die Ausbildung des linearen Bewegungsantriebes,
– den Verlauf und die Anordnung der daten- und elektroenergie führenden Leitungen und
– eine Farb- und Formkennzeichnung von Funktion und Zuordnung der jeweiligen Leitungen

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in den Figuren vereinfacht dargestellt und im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Draufsicht auf eine Intelliegente Werkstückspannvorrichtung in Arbeitsstellung auf einem spanenden Bearbeitungszentrum mit einer Schnittdarstellung des Netzanschlussmodules
2 eine 3D-Ansicht des Netzanschlussmodules
3 und 4 eine 3D-Ansicht des Vorrichtungsmodul-Teiles
Die in 1 dargestellte Intelligente Werkstückspannvorrichtung 1 hat einen Vorrichtungskörper 1.1 der aus einer senkrechten Spannwand, die mit zwei Rippen stabilisiert ist, und aus einer Grundplatte besteht. An der Vorderseite der Spannwand ist ein Werkstück 1.4 mittels Werkstück-Auf-und-Anlageelementen 1.2, sensorisch kontrolliert, positioniert und mittels hydraulisch betätigter Spannelemente 1.3 gespannt. Die Werkstückspannvorrichtung 1 ist in einer Arbeitsstellung auf dem Werkzeugmaschinentisch 3.1 des Bearbeitungszentrums 3 positioniert und befestigt. Auf der Rückseite der Spannwand ist das aus dem Vorrichtungsmodul-Teil 2.1 und dem Maschinenmodul-Teil 2.2 bestehende Netzanschlussmodul 2, beide sich an ihrer Kontaktstelle 2.2.3 und Netzanschlussstelle 2.3 kontaktierend, angeordnet. Das Vorrichtungsmodul-Teil 2.1 ist ein Gehäuserahmen 2.1.1 welcher mit der Adapterplatte 2.1.2 ortsfest an der Spannwand angeordnet ist. Das Maschinenmodul-Teil 2.2 ist ebenfalls als ein Gehäuserahmen 2.2.1 ausgebildet und ist über die Adapterplatte 2.2.2, die Führungssäulen 2.2.8 und die Kolbenstange 2.2.7 des Arbeitszylinders 2.2.6 mit dem auf dem Lagerbock 3.2 angeordneten linearen druckluftbeauftragten Bewegungsantrieb 2.2.5 funktions- und bewegungsverbunden. Der Lagerbock und mit ihm der aufliegende lineare Bewegungsantrieb 2.2.5 realisieren eine Kontakthaltung beider Modul-Teile des Netzanschlussmodules 2. Die Leitungsführung der daten- und elektroenergie führenden Leitungen 4 ist nur bezogen auf die Leitungsführung zwischen Netzanschlussmodul 2 und Werkzeugmaschinensteuerung 3.3 teilweise und vereinfacht dargestellt. Ab Austritt der Leitungen 4 aus dem Netzanschlussmodul 2, welches mit Zugentlastungshalterungen 4.2 ausgestattet ist, erfolgt die Leitungsführung entlang der in 2 dargestellten Leitungshaltestäbe 4.3 als flexible Leitungen 4.1 beidseitig unter und entlang dem Gehäuse 2.2.9, welches auch den linearen Bewegungsantrieb 2.2.5 einhaust.
An der Vorderseite des Werkstückes 1.4 ist eine senkrecht verlaufende flache Ausfräsung dargestellt.
Das in 2 dargestellte entkontaktierte Maschinenmodul-Teil 2.2 des Netzanschlussmodules verfügt stirnseitig über zwei keilförmige Kontaktierungselemente 2.3.1 am Gehäuserahmen 2.2.1, die form- und maßlich passend zu den zwei keilnutförmigen Kontaktierungselementen 2.3.2 am Gehäuserahmen 2.1.1 des Vorrichtungsmodul-Teiles 2.1 ausgebildet sind. Außerdem sind Anordnungen federnder Kontaktstifte 2.2.4 am Maschinenmodul-Teil 2.2 und fester Kontaktstifte 2.1.3 am Vorrichtungsmodul-Teil 2.1, die die Kontaktstelle 2.2.3 an der Netzanschlussstelle 2.3 des Netzanschlussmodules bilden, dargestellt. Über diese erfolgt nebeneinander die Energiezuführung und die Übermittlung des sensorischen sowie der Steuerungsdaten.
Neben den nicht eingehausten Darstellungen des Vorrichtungsmodul-Teiles 2.1 in 1 und in 2 ist in 3 und in 4 der Gehäuserahmen 2.1.1, der an der Adapterplatte 2.1.2 angeordnet ist, eingehaust und mit einer haubenförmigen selbsttätig federnd schließenden Abdeckklappe 2.3.3 ausgestattet, dargestellt. Aus 3 ist ableitbar, dass die Abdeckklappe 2.3.3 in ihrem oberen Klappenteil mit einer Anlagerinne ausgestattet ist, in die das Maschinenmodul-Teil 2.2 mit seiner am Gehäuserahmen 2.2.1 angeordneten Klappenöffnungs-Schubstange 2.3.4 am Ende seiner Zuführbewegung, nachdem er zwischenzeitlich die Abdeckklappe am Gehäuse 2.2.9 aufgeschwenkt und geöffnet hat, an der Kontaktstelle 2.2.3 am Vorrichtungsmodul-Teil 2.1 auch die Abdeckklappe am Vorrichtungsmodul-Teil schiebend aufschwenkt und öffnet.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückspannvorrichtung
1.1: Vorrichtungskörper
1.2: Werkstück – Auf- und Anlageelemente von 1
1.3: Spannelemente von 1
1.4: Werkstück
2: Netzanschlussmodul
2.1: Vorrichtungsmodul-Teil
2.1.1: Gehäuserahmen
2.1.2: Adapterplatte an 2.1.1
2.1.3: feste Kontaktstifte an 2.1
2.2: Maschinenmodul-Teil
2.2.1: Gehäuserahmen
2.2.2: Adapterplatte an 2.1.1
2.2.3: Kontaktstelle von 2.1 und 2.2
2.2.4: federnde Kontaktstifte an 2.2
2.2.5: linearer Bewegungsantrieb für 2.2
2.2.6: Arbeitszylinder von 2.2.5
2.2.7: Kolbenstange von 2.2.6
2.2.8: Führungssäulen von 2.2.5
2.2.9: Gehäuse von 2.2.5
2.3: Netzanschlussstelle
2.3.1: keilförmige Kontaktierungselemente
2.3.2: keilnutförmige Kontaktierungselemente
2.3.3: Abdeckklappen
2.3.4: Klappenöffnungs-Schubstange
3: Bearbeitungszentrum
3.1: Werkzeugmaschinentisch
3.2: Lagerbock für 2.2.5, an 3.1
3.3: Werkzeugmaschinensteuerung von 3
4: Leitungen
4.1: flexible Leitungen
4.2: Zugentlastungshalterung an 2.1.1 und 2.2.1
4.3: Leitungshaltestäbe

Claims

Intelligente Werkstückspannvorrichtung (1), welche mit einem Netzanschlussmodul (2) ausgestattet ist, über das die elektrischen Leitungen (4) eines Datennetzes zwischen ihr und einem spanenden Bearbeitungszentrum (3) oder einem Werkstückhandlings-Roboter kontaktierend verbunden oder kontaktlösend getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzanschlussmodul (2) aus – einem gerahmten, feste leitungsverbundene Kontaktstifte (2.1.3) tragenden Vorrichtungsmodul-Teil (2.1), welches mit einer Adapterplatte (2.1.2) ortsfest an einer Außen- oder Stirnseite eines Vorrichtungskörpers (1.1) angeordnet ist, und aus – einem gleichartig gerahmten, federnde leitungsverbundene Kontaktstifte (2.2.4) tragenden Maschinenmodul – Teil (2.2), welches mit einem eigenen auf einem, auf dem Werkzeugmaschinentisch (3.1) oder am Maschinenständer eines Bearbeitungszentrums (3) befestigten Lagerbock (3.2) angeordneten linearen Bewegungsantrieb (2.2.5) in die kontaktierende Netzanschlussstelle (2.3), mit dem Vorrichtungsmodul-Teil (2.1) kontakthaltend und entgegengerichtet in eine kontaktgelöste Stellung bewegbar ist, besteht, dass die Kontaktstellung von beiden Modul-Teilen durch keilförmige Kontaktierungselemente (2.3.1) am Maschinenmodul – Teil (2.2) und durch dazu passende keilnutförmige Kontaktierungselemente (2.3.1) am Vorrichtungsmodul-Teil (2.1) wiederholgenau positionierbar ist, dass das Maschinenmodul-Teil (2.2) in der kontaktgelösten Stellung in ein Gehäuse (2.2.9) des linearen Bewegungsantriebes (2.2.5) zurückbewegt, und dabei eine stirnseitig am Gehäuse (2.2.9) angeordnete haubenförmige Abdeckklappe (2.3.3) federnd geschlossen ist, während seiner Zuführungsbewegung in die kontaktierende Stellung diese Abdeckklappe (2.3.3) geöffnet und unter Nutzung einer Klappenöffnungs-Schubstange (2.3.4) auch die Abdeckklappe (2.3.3) am Vorrichtungsmodul-Teil (2.1) geöffnet sind.
Intelligente Werkstückspannvorrichtung mit Netzanschlussmodul nach Patenanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Bewegungsantrieb (2.2.5) ein pneumatischer doppeltbeauflagter Arbeitszylinder (2.2.6) ist, der über zwei Führungssäulen (2.2.8) und einer Kolbenstange (2.2.7) mit einer Adapterplatte (2.2.2) und über diese mit dem Maschinenmodul – Teil (2.2) verbunden und bewegbar ist und dass die daten- und die elektroenergie führenden Leitungen (4) zwischen Netzanschlussmodul (2) und Werkzeugmaschinensteuerung (3.3), von den federnden Kontaktstiften (2.2.4) an der Netzanschlussstelle (2.3) aus, über Zugentlastungshalterungen (4.2) im Gehäuserahmen (2.2.1) an der Adapterplatte (2.2.2), als flexible Leitungen (4.1.) entlang von Leitungshaltestäben (4.3.) neben dem Arbeitszylinder (2.2.6), im Gehäuse (2.2.9) des linearen Bewegungsantriebes (2.2.5) als getrennte Leitungen verlaufend, angeordnet sind.
Intelligente Werkstückspannvorrichtung mit Netzanschlussmodul nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Netzanschlussstellen (2.3) der, die Kontaktstifte (2.1.3 und 2.2.4) tragenden Gehäuserahmen (2.1.1 und 2.2.1), eine Farb- und Formkennzeichnung der Funktionen sowie ihrer Zuordnung als getrennte Leitungen (4) für – Elektroenergiezuführungen – Übermittlung von sensorisch ermittelten Daten über Positions- und Zustandsänderungen des Werkstückes (1.4), der Werkstückspannvorrichtung (1) an die Werkzeugmaschinensteuerung (3.3) des Bearbeitungszentrums (3) und – Übermittlung von Steuerungsdaten mittels Leuchtsignalen angezeigt wird.