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Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit verlagerbarem Stellorgan gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Stellorgane werden insbesondere in komplexen Bearbeitungsmaschinen installiert, in denen großflächige Werkstücke o. dgl. plattenförmige Objekte mit variierenden Flächenkonturen in einer definierten Stützstellung zu erfassen sind.
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Derartige Einrichtungen zum Einspannen und Bearbeiten von insbesondere dünnwandigen plattenförmigen Werkstücken sind seit langem bekannt. Gemäß
EP 0 507 033 B1 ist eine Stützeinrichtung gezeigt, die im Bereich eines Stellantriebs ein verlagerbares Stellorgan aufweist. An diesem ist ein Befestigungsteil mit Saugnapf als unmittelbare Werkstückhalterung vorgesehen, womit das Werkstück erfasst, in eine vorgesehene Lage verbracht und während der Bearbeitung gehalten wird. Dieser elektrisch oder hydraulisch antreibbare Stellantrieb ist dabei mit einer Wirkverbindung aus Stellschraube und Zahnriemen versehen, so dass eine jeweils vorgesehene Höhenlage des als Anlagekopf wirkenden Befestigungsteils positionsgenau angefahren werden kann und entsprechende Korrekturbewegungen ausführbar sind.
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Eine ähnliche Konstruktion ist in
DE 197 45 145 A1 gezeigt, wobei der als Stellorgan jeweilige Teleskopstangen aufweisende Stellantrieb einen mit einem doppelten Kugelgelenk versehenen Haltekopf als Befestigungsteil aufweist. Dieser Haltekopf ist mit einem kapazitiven Sensor versehen, so dass mittels jeweiliger Messwerte das Steuerungsnetz eines Computers beeinflusst werden kann. Zur Bewegung der Teleskopstange ist dabei ein Getriebemotor vorgesehen, der mit einer Zahnstangen-Zahnrad-Struktur zusammenwirkt. Bei einem Vorschlag gemäß
DE 102 30 270 A1 sind zur Bearbeitung von als gewölbte Laminarbleche ausgebildeten Werkstücken jeweilige, an diesen mit ausfahrbaren Elementen anlegbare Stellantriebe vorgesehen. Diese Stellelemente sind dabei an einem gewölbten Stützprofil aus Kohlenstoff-Fasern wirksam, wozu entsprechende Saugnapfelemente zur Abstützung dieser Werkstücke angeordnet werden.
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Auch in
DE 203 06 263 U1 ist ein Werkstückhalter für eine Bearbeitungseinrichtung gezeigt, wobei hier ein Werkstückhalter aus einer Kugelgelenkkette gebildet ist und diese mittels eines Druckfluids aus einer gelenkigen Lösestellung in eine starre Fixierstellung verstellbar sind. Das jeweils freie Ende des Werkstückhalters weist dabei ein mit dem Werkstück in Eingriff bringbares Endstück auf. Dieses Endstück kann wahlweise in Form eines Vakuumsaugnapfes, einer Zange, eines Magneten oder eines mechanischen Anschlages ausgeführt werden. Unterhalb dieses Endstückes ist ein Kraftmesssensor oder ein Halteteil in das System integriert.
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Aus
EP 1 591 195 B1 ist ein spezielles System zum Bearbeiten von jeweiligen, als Schicht-Platten ausgebildeten Werkstücken bekannt. Bei diesem Haltesystem werden saugnapfartige Elemente zusätzlich für eine Erfassung der Werkstück-Dicke so ausgerichtet, dass entsprechend den erfassten Dickenabmessungen mittels einer automatischen Steuerung die Betätigung des zur Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges beeinflussbar ist. Die hier vorgesehenen saugnapfartigen Elemente sind dabei vorzugsweise in Form von kugelgelenkartig gelagerten Kappen ausgebildet.
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Bei einer Konstruktion gemäß
DE 10 2009 030 860 A1 ist ein Gerät zur Fertigung von Komponenten für Luftfahrzeuge o. dgl. vorgesehen, wobei ein die Werkstücke aufnehmender Unterbau im Bereich der Seitenwandungen mit jeweiligen einen Stellantrieb aufweisenden Druckplatten versehen ist. In
DE 10 2009 056 978 A1 ist wird ein Verfahren zur Herstellung von Rumpfschalen für ein Luftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem verstellbare Aktuatoren auf ein biegsames Zwischenelement wirken. Die Anwendung von Aktuatoren ist auch in
DE 10 2009 044 305 A1 gezeigt, wobei ein mit mehreren höhenverstellbaren Aktuatoren bestückter Spanntisch vorgesehen ist.
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Aus
DE 20 2012 101 530 U1 ist ein Stellantrieb mit einem Kontraktionsantrieb gezeigt, wobei ein entsprechender Druck im Innenraum des Kontraktionsantriebes zur Bewegung der Triebstange genutzt wird, die an ihrem freien oberen Ende auf entsprechende Werkstücke o. dgl. Stellobjekte einwirken kann.
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Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, einen insbesondere für Werkzeugmaschineneinrichtungen einsetzbaren Stellantrieb zu schaffen, der mit geringem technischem Aufwand eine verbesserte Aufnahme von Werkstücken ermöglicht, dabei im Bereich des Anlagekopfes mit hoher Genauigkeit jeweilige Positionsänderungen sowie Einstellungskorrekturen ausführbar sind und dabei eine automatische Kontrolle möglich ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 26 verwiesen.
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Bei Stellantrieben mit verlagerbarem Stellorgan sind unterschiedliche Ausführungen von Stellgliedern vorgesehen, die einerseits mit einer mechanischen, elektrischen, hydraulischen und/oder magnetischen Antriebskraft beaufschlagt werden können. Die Stellglieder können dabei andererseits mit einer insbesondere in Richtung einer Längsmittelachse verlagerbaren Stützbaugruppe versehen sein, so dass unterschiedliche Einsatzzwecke erfüllbar sind. Für spezielle Haltefunktionen derartiger Stellantriebe ist vorgesehen, dass die Stützbaugruppe mittels zumindest eines insbesondere einen elastischen Saugnapf-Teil mit Saugantrieb aufweisenden Anlagekopfes an einem zu bearbeitenden Werkstück o. dgl. Objekte in einer definierten Stützstellung anlegbar und aus dieser Stützstellung lösbar ist.
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Das erfindungsgemäße System des Stellantriebes ist mit einem Anlagekopf versehen, der zumindest phasenweise unter Wirkung einer magnetischen Kraft an der Stützbaugruppe festlegbar ist. Die einfachster Ausführung dieser Halteverbindung für den Anlagekopf sieht vor, dass dieser ohne zusätzliche weitere Hilfsmittel als Verbinder aufgebaut werden kann und die Festlegung nur unter Wirkung einer magnetischen Kraft erfolgt. Davon ausgehend kann der Anlagekopf als ein weitgehend frei bewegliches Glied an der Stellantrieb-Stützgruppe angeordnet werden, so dass diese aus vorteilhaft wenigen einfachen Bauteilen besteht. Mit Blick auf die praktische Realisierung dieser überraschend einfachen Kopfhalterung versteht es sich, dass die magnetische Kraft im Bereich zwischen Anlagekopf und Stützbaugruppe in variierbaren Verbindungszonen wirken kann, so dass das System in jeweiligen Gebrauchs- oder Nichtgebrauchslagen für unterschiedliche Anwendungskonzepte einsetzbar ist.
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Im Bereich des als ”loses Teil” auf der Stützbaugruppe befindlichen Anlagekopfes kann die magnetische Anziehungskraft so bemessen werden, dass der Anlagekopf relativ zur Stützbaugruppe insbesondere dann in unterschiedliche Nutzstellungen verlagerbar ist, wenn eine entsprechende Stellkraft auf den Anlagekopf einwirkt. Die damit eröffneten Stellmöglichkeiten sind noch dadurch erweiterbar, dass die Magnetkraft als zu- und abschaltbare Wirkung des Verbindungsaufbaus genutzt wird. Denkbar ist dabei, das System neben Permanentmagneten auch mit einem Elektromagneten o. dgl. steuerbaren Komponenten auszurüsten.
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Die konstruktive Umsetzung des Stellantriebs mit dem magnetisch gehaltenen und variabel positionierbaren Anlagekopf sieht vorteilhafterweise vor, dass dieser um einen im Bereich der Stützbaugruppe – insbesondere an deren Längsmittelachse – definierten Bezugspunkt schwenkbar gehalten ist. Damit kann ein Mess- und Steuersystem aufgebaut werden, bei dem auch in Phasen einer vorbestimmbaren ”Schieflage” des Anlagekopfes ein für Stell- und Messvorgänge definierter Bezugspunkt vorliegt.
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Mit diesem Konzept der ”losen” Auflage des Anlagekopfes sind weitere Stellmöglichkeiten eröffnet, wobei der Anlagekopf zumindest in Richtung der Längsmittelachse unabhängig von der Stützbaugruppe verschiebbar und/oder von der Stützbaugruppe lösbar ausgebildet ist.
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Das vorbeschriebene Magnet-Halte-System sieht vor, dass der Anlagekopf zumindest bereichsweise als ein ferromagnetisches Bauteil ausgebildet ist, das im Bereich der Stützbaugruppe unmittelbar mit zumindest einem ein bezüglich des Anlagekopfes externes Magnetfeld erzeugenden Magnetteil zusammenwirkt. Dabei kann der Anlagekopf auch mit einem speziellen ferromagnetischen Ansatzteil bestückt werden, das direkt von zumindest dem einen in den Bereich der Stützbaugruppe integrierten Magnetteil erfasst wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Anlagekopf zwischen einem ferromagnetischen Gegenglied und dem ein externes Magnetfeld erzeugenden Magnetteil an der Stützbaugruppe festgelegt wird. Ausgehend von diesem im Prinzip dreiteiligen Konzept des ”zwischen liegenden” Anlagekopfes ist vorgesehen, dass der Anlagekopf in einer ersten Variante zumindest bereichsweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht. Damit wird erreicht, dass der vom Magnetfluss durchströmte Anlagekopf in einer zwischen dem zumindest einen Magnetteil und dem zumindest einen ferromagnetischen Gegenglied eine Lage einnimmt, in der der Anlagekopf nach Art einer Klemmung zwischen zwei Teilen fixiert wird.
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Eine zweckmäßige zweite Ausführung dieser Klemm-Variante sieht vor, dass der Anlagekopf mittels eines als ferromagnetische Kugel ausgebildeten Gegengliedes und dem zumindest einen im Bereich der Stützbaugruppe vorgesehenen Magnetteil fixiert wird. Eine weitere denkbare Ausführung sieht vor, dass der Anlagekopf als ein plattenförmiges Teil ausgebildet sein kann.
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Ausgehend von an sich bekannten Gestaltungen von Anlageköpfen gemäß dem Stand der Technik ist vorgesehen, dass der Anlagekopf in erfindungsgemäßer Ausführung auch als ein zumindest bereichsweise einen Hohlraum aufweisender und in seinem – in Antriebsrichtung des Stellantriebs zum Objekt gerichteten – vorderen Randbereich mit einem elastischen Saugnapf-Teil versehener Konturkörper ausgebildet wird. Dabei ist der Anlagekopf als eine in weitgehend beliebiger Gestaltung ausführbare Schwenkschale vorgesehen. Diese schalenförmige Ausführung des Anlagekopfes ist in fertigungstechnisch vorteilhafter Ausführung auf eine Ausbildung als Halbkugel oder Kugelkalotte gerichtet. Dabei wird erreicht, dass diese Kugelkalotte außenseitig unmittelbar auf einem oberen Stützrand des in diesem Bereich im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Aufnahmeteils der Stützbaugruppe aufgesetzt werden kann. In dieser Stützlage des Anlagekopfes wird eine im Wesentlichen kreisförmige Stützlinie gebildet, in deren Bereich eine Verschleiß mindernde Zwischenlage vorgesehen ist.
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Für die bestimmungsgemäße Anwendung des Stellantriebs mit verlagerbarem Stellorgan ist vorgesehen, dass dessen vorderseitiger Anlagekopf im Bereich des Aufnahmeteils an der Stützbaugruppe mit zumindest einem ersten Vakuumsauger zusammenwirkt. Im Bereich der innenseitigen Schalenkontur des Anlagekopfes ist die vorzugsweise als Stahlteil vorgesehene Kugel als das effektive Gegenglied der Magnetverbindung aufgenommen. An einer freien Oberseite der Schalenkontur ist der Anlagekopf mit dem hier vorgesehenen Saugnapf-Teil sowie einer umfangsseitigen Dichtlippe zum Werkstück hin gerichtet, derart, dass in einer Ansaugphase eine optimale Anlage des Stellantriebs am Werkstück erreicht werden kann.
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Für eine positionsgenaue Verlagerung des Anlagekopfes in seine Gebrauchsstellung am Werkstück ist vorgesehen, dass der Anlagekopf mit einem die freie Oberseite der Schalenkontur ringförmig begrenzenden Randbereich unmittelbar an dem Werkstück o. dgl. eine Anlagefläche darbietenden Objekte angelegt werden kann. Diese direkte Anlagesituation ist im Messsystem des Stellantriebs – korrespondierend mit einer von dieser definierten Null-Lage – erfasst, so dass entsprechende Stell- und Korrekturbewegungen während der Aufnahme und Bearbeitung von Werkstücken positionsgenau ausgeführt werden können.
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Der ringförmige Randbereich der Schalenkontur des Anlagekopfes ist dabei zwischen einem anvulkanisierten, innen liegenden Bereich des Saugnapf-Teils und dem anvulkanisierten, außenseitig am Randbereich umlaufenden Teil der Dichtlippe so angeordnet, dass eine geschützte Anlageposition gewährleistet ist und denkbare Unebenheiten durch die elastische Umgebung dieses direkt wirksamen Randbereiches ausgleichbar sind.
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Das Konzept des vorbeschriebenen, in seiner Verbindungslage ”autark beweglichen” Anlagekopfes sieht vor, dass dieser im Bereich seiner Schalenkontur mit zumindest einer zum Aufnahmeteil der Stützbaugruppe hin einen Saug- und/oder Blaseinlass bildenden Durchgangsöffnung versehen ist. Ebenso ist denkbar, dass die Schalenkontur mehrere der Durchgangsöffnungen aufweist. Damit kann im Bereich des Anlagekopfes der Ein- und Austritt von Luft mittels des mit dem Stellantrieb zusammenwirkenden Saugantriebes permanent geregelt werden.
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Das Konzept mit dem innen liegenden Gegenglied als beliebig konturiertes Einzelteil, insbesondere dessen Ausbildung als kugelförmiges Magnetteil, ist darauf abgestellt, dass auch beim Einsatz dieser Magnet-Halte-Verbindung jederzeit zumindest eine Durchgangsöffnung auch dann frei gelassen ist, wenn der Anlagekopf in eine Schrägstellung o. dgl. als Anpassung an ein Werkstück vorgesehene Gebrauchslagen verbracht wird.
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Bei der Montage des Stellantriebes in der vorgesehenen Gebrauchslage wird der Anlagekopf durch die Wirkung der Magnetkraft in seiner Verbindungslage an der Stützbaugruppe gehalten. Damit kann das System ausgehend von einer vertikalen Stützposition auch in weitgehend beliebigen Schrägstellungen positioniert werden. Auch eine ”Über-Kopf-Lage” ist denkbar.
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Für die nachfolgende Benutzung, beispielsweise beim Auflegen des Werkstückes, ist vorgesehen, dass ein erster Vakuumsauger unmittelbar vom Bereich der Stützbaugruppe aus auf den Anlagekopf einwirkt. In dieser Position liegt die konvexe Schalenkontur des Anlagekopfes an einem Dichtring am Rand des Aufnahmeteils so an, dass eine definierte Anlageposition erreicht ist, und andererseits wird der Saugnapf des Anlagekopfes durch die im Bereich der Durchgangsöffnung erzeugte Saugwirkung an das Werkstück so angepresst, dass eine im System messtechnisch erfassbare und in der Steuerung umsetzbare Ausgangslage erreicht ist.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass mit der Anlageposition des Anlagekopfes am Aufnahmeteil eine für Mess- und Steuerfunktionen nutzbare Null-Lage des Systems definiert wird. Der im Bereich der Stützbaugruppe fixierte Anlagekopf wirkt vorteilhaft mit einer die Bauteile des Stellantriebs integrierten Messeinrichtung zusammen. Diese Messeinrichtung ist so in das System integriert, dass bei jeder Verlagerung des Stellorgans insbesondere eine Wegmessung durchführbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung des ”frei beweglichen” schalenförmigen Anlagekopfes mit Magnethalterung sieht vor, dass dieser mit zumindest einem zweiten Vakuumsauger versehen sein kann. Dabei wird der Sauganschluss so angeordnet, dass die – ohne die Durchlassöffnung ausgeführte – bodenseitig geschlossene Schalenkontur unmittelbar von dem Anschluss des Vakuumsaugers durchgriffen ist. Dieser zweite Vakuumsauger kann – allein oder mit dem dann anzupassenden ersten Vakuumsauger gemeinsam – zur unmittelbaren Steuerung des Saugnapf-Teils an dem Stellantrieb eingesetzt werden.
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Mit dem Konzept des zweiten Sauganschlusses wird erreicht, dass unter Wirkung des zweiten Vakuumsaugers der Anlagekopf mit dem Objekt verbindbar ist und in dieser Verbindungsphase die zugeordnete Stützbaugruppe des Stellantriebs vom Anlagekopf gelöst werden kann, derart, dass der Anlagekopf als Einzelteil am Werkstück angesaugt ist.
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In der komplexen Betrachtung dieser Saug-Variante am Stellantrieb ergibt sich, dass nunmehr ein zwischen Anlagekopf und Stützbaugruppe einen Spalt bildender Verfahrweg möglich ist. Dieses Spalt-Maß kann mittels der integrierten Messeinrichtung erfasst werden, so dass insgesamt Korrekturbewegungen im System möglich und neue Positionen oder Bauteile ansteuerbar sind. In vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass mittels der Messeinrichtung aus einer absoluten Wegmessung entsprechende Korrektur- und Einstellbewegungen für den Stellantrieb zu errechnen sind.
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Ausgehend von dieser Anordnung des zweiten Vakuumsaugers ist vorgesehen, dass bei jeweils im Bereich des Spaltes von der Stützbaugruppe gelöstem Anlagekopf eine reibungsfreie Relativbewegung, insbesondere eine Schwenkbewegung, zwischen diesen beiden benachbarten Teilen des Stellsystems möglich wird.
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Das System mit einem bzw. zwei Vakuumsauger(n) kann vorteilhaft auch so gesteuert werden, dass der ”frei bewegliche” Anlagekopf mittels einer die Stützung des Werkstücks bewirkenden Saug-Blas-Steuerung intermittierend in jeweilige Anlage- und Abstandspositionen verlagert werden kann. In diesen die Anlage bzw. den Spaltabstand herstellenden Phasen können jeweilige Schwenk-, Schub- und/oder Drehbewegungen der beweglichen Bauteile des gesamten Stellsystems angesteuert werden. Damit wird erreicht, dass in einer komplexen Vorrichtung mit mehreren der vorbeschriebenen Stellantriebe jeweils optimale Stütz- und Bearbeitungsfunktionen bzw. -positionen in der ”Haltematrix” mit einer Vielzahl von Anlageköpfen realisiert werden können.
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Das Konzept mit dem im System ”lösbaren” Anlagekopf sieht vor, dass dabei die Stellbaugruppe im Bereich des verlagerbaren Anlagekopfes in einen Gleichgewichtszustand verbracht werden kann und damit ein im Bereich eines insbesondere als Blechteil ausgebildeten Objektes bei dessen Handhabung oder Bearbeitung auftretender spring-in-spring-out-Effekt ausgeglichen werden kann.
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Das Konzept des magnetisch gehaltenen Anlagekopfes sieht auch vor, dass dieser im Bereich seiner oberen Dichtlage auch mit zusätzlichen Sensoren, insbesondere Drucksensoren, versehen sein kann, so dass die Steuerung des Stellantriebs weiter verbessert ist.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stellantriebs veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 und 2 jeweilige in einem komplexen System befindliche Stellantriebe gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine perspektivische Einzeldarstellung des erfindungsgemäßen Stellantriebs mit verlagerbarem Stellorgan,
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4 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Kopfbereichs des Stellantriebs gemäß 3,
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5 eine Schnittdarstellung des Stellantriebs gemäß 4,
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6 eine Schnittdarstellung ähnlich 5 im Bereich des unteren Teils des im Stellantrieb vorgesehenen pneumatischen Stellorgans,
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7 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Stellantriebs mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Anlagekopf,
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8 eine Perspektivdarstellung des Ausschnitts gemäß 7 mit Details im Bereich des oberen Saugnapf-Teils,
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9 eine Darstellung ähnlich 8 mit einer Schwenkstellung des durch Magnetkraftwirkung gehaltenen Anlagekopfes,
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10 eine Darstellung ähnlich 8 mit einer zweiten Ausführung des Anlagekopfes,
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11 eine Schnittdarstellung der zweiten Ausführung ähnlich 10,
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12 eine Darstellung des geöffneten Anlagekopfes ähnlich 11 mit innen liegenden Sensoren,
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13 eine Ansicht des Anlagekopfes ähnlich 10 mit zwei Anschlüssen im Bereich des Schalenteils,
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14 eine geschnittene Prinzipdarstellung der Anlagesituation an einem Werkstück, und
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15 eine Prinzipdarstellung des Stellantriebs ähnlich 2 mit einem bogenförmigen Basiskörper im Bereich des Stellorgans.
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In 1 und 2 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Bearbeitungseinrichtung dargestellt, in der mittels jeweiliger Zuführteile 2 ein zur Bearbeitung vorgesehenes Werkstück 3 eingelegt wird. Für eine lagegenaue Positionierung wird das Werkstück 3 im Bereich eines Spanntisches 4 auf jeweilige, als Aktuatoren bezeichnete Stellantriebe 5 mit verlagerbarem Stellorgan 6 aufgelegt und damit in einer bearbeitungsgerechten Position gehalten.
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Für derartige Haltekonzepte von Werkstücken 3 sind jeweilige Stellglieder 7 in unterschiedlicher Ausführung bekannt, wobei diese einerseits mit einer mechanischen, elektrischen, hydraulischen und/oder magnetischen Antriebskraft beaufschlagbar sind und andererseits an den Stellgliedern 7 eine insbesondere in Richtung einer Längsmittelachse A verlagerbare Stützbaugruppe 8 (3) vorgesehen ist. Derartige Stützbaugruppen 8 sind ihrerseits mittels zumindest eines einen elastischen Saugnapf-Teil 9 mit Saugantrieb (bei 10) aufweisenden Anlagekopfes 11 an dem Werkstück 3 o. dgl. Objekten in einer definierten Stützstellung (1, 2) anlegbar und durch entsprechende Abschaltung des Saugantriebes 10 bzw. eine Stellbewegung (Pfeil B) lösbar.
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Der Stellantrieb 5 mit verlagerbarem Stellorgan 6 ist in erfindungsgemäßer Ausführung mit einem Anlagekopf 11 versehen, der in seiner jeweiligen Gebrauchs- oder Nichtgebrauchslage (1, 3) zumindest phasenweise unter Wirkung einer magnetischen Kraft (Pfeile MK, 7) an der Stützbaugruppe 8 festlegbar ist.
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Damit wird ein Stellantrieb 5 vorgeschlagen, bei dem der Anlagekopf 11 mittels einer die magnetische Anziehungskraft MK überwindenden Stellkraft F (9 in Zusammenschau mit 8) verlagerbar ist. Diese weitgehend ”freie” Beweglichkeit des Anlagekopfes 11 ermöglicht eine konstruktiv einfache und kompakte Ausführung des Stellantriebs 5, da dieser ohne die bisher üblichen Halte- und Verbindungsbaugruppen im Bereich zwischen Stützbaugruppe 8 und Anlagekopf 11 auskommt.
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In zweckmäßiger Ausführung wird das Magnet-Halte-System durch den Einsatz einer einen Dauermagneten nutzenden Bauteilkombination realisiert. Denkbar ist auch, dass die Magnetkraft MK beispielsweise mittels eines Elektromagneten als eine zu- und abschaltbare Wirkkomponente bereitgestellt wird.
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Der erfindungsgemäß fixierbare Anlagekopf 11 ermöglicht auch eine optimale Kombination mit entsprechenden, nicht näher dargestellten Mess- und Steuerbaugruppen, die im Bereich der Bearbeitungsmaschine 1 (1, 2) automatische Einstellungs- und Kontrollmöglichkeiten mittels computergestützter Systeme ermöglichen.
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Die Abstützung des variabel beeinflussbaren Anlagekopfes 11 ist dabei so konzipiert, dass dieser um einen im Bereich der Stützbaugruppe 8 an der Längsmittelachse A definierten Bezugspunkt P (7 bis 11) schwenkbar gehalten ist. Außerdem wird durch diesen ”freien” Anlagekopf 11 erreicht, dass dieser zumindest in Richtung der Längsmittelachse A unabhängig von der Stützbaugruppe 8 verschiebbar ist (Pfeil C, 7). Ebenso ist denkbar, dass entsprechend der Konturform des Anlagekopfes 11 dessen vollständige Lösung von bzw. aus der Stützbaugruppe 8 realisiert werden kann.
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Mit dem Grundkonzept des unter magnetischer Kraft in der Anlageposition am Stellantrieb 5 fixierbaren Anlagekopfes 11 ergeben sich unterschiedliche Ausführungsvarianten, um die Magnetkraftwirkung auf den Anlagekopf 11 zu übertragen. Eine erste Ausführung sieht vor, dass der Anlagekopf 11 zumindest bereichsweise aus einem ferromagnetischen Bauteil ausgebildet ist. Ausgehend von diesem ferromagnetischen Teil ist im Bereich der Stützbaugruppe 8 ein ein externes Magnetfeld MK erzeugendes Magnetteil 12 vorgesehen, so dass die aus den Zeichnungen ersichtliche Verbindungsposition des Anlagekopfes 11 erreicht wird. Denkbar ist dabei auch, dass der Anlagekopf 11 mit einem zusätzlichen ferromagnetischen Ansatzteil versehen ist, das von dem zumindest einen in der Stützbaugruppe 8 integrierten Magnetteil 12 erfasst wird.
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Eine zweite Ausführung der Magnetverbindung sieht vor, dass der Anlagekopf 11 zwischen einem ferromagnetischen Gegenglied 13 und dem ein externes Magnetfeld erzeugenden Magnetteil 12 an der Stützbaugruppe 8 fixiert wird. Dabei kann der Anlagekopf 11 in vorteilhafter Ausführung zumindest bereichsweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehen, so dass der Anlagekopf 11 zwischen dem zumindest einen Magnetteil 12 und dem zumindest einen ferromagnetischen Gegenglied 13 nach Art einer Klemmung fixiert wird. Es versteht sich, dass in praktischer Umsetzung auch eine Umkehr der Einbaulage von Magnetteil 12 und Gegenglied 13 denkbar ist.
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In zweckmäßiger Ausführung ist vorgesehen, dass der Anlagekopf 11 mittels eines als ferromagnetische Kugel 14 ausgebildeten Gegengliedes 13 und dem zumindest einen im Bereich der Stützbaugruppe 8 vorgesehenen Magnetteil 12 fixierbar ist.
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Eine nicht näher dargestellte Ausführung des Anlagekopfes 11 kann von dessen plattenförmiger Gestaltung ausgehen, so dass eine entsprechende Anpassung von Magnetteil und Gegenglied erforderlich ist.
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Die bevorzugte Ausführung des Anlagekopfes 11 sieht vor, dass dieser als ein zumindest bereichsweise einen Hohlraum 15 aufweisender und in seinem in Antriebsrichtung B' zum Objekt 3 hin gerichteten vorderen Randbereich 16 mit dem elastischen Saugnapf-Teil 9 versehener Konturkörper ausgebildet ist.
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Aus den Schnittdarstellungen gemäß 5 bis 11 wird deutlich, dass der Anlagekopf 11 als eine im Bereich eines Aufnahmeteils 17 mit der Stützbaugruppe 8 verbindbare Schwenkschale 18 ausgebildet ist. Damit bildet der schalenförmige Anlagekopf 11 mit seiner als Halbkugel oder Kugelkalotte (Radius K, 8) geformten Kontur einen stabilen Hohlkörper. Dieser Körper kann außenseitig unmittelbar auf einen oberen Stützrand 19 des in diesem Bereich im Wesentlichen rohrförmigen Aufnahmeteils (Ansatz 20) der Stützbaugruppe 8 aufgesetzt werden (7).
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Bei der Verlagerung des Anlagekopfes 11 in eine jeweilige Bedienstellung (2, 8, 14) wirkt der Anlagekopf 11 im Bereich des Aufnahmeteils 17 an der Stützbaugruppe 8 mit zumindest einem ersten Vakuumsauger 21 im Bereich eines Anschlusses 22 zusammen. Vor einer Erzeugung der Saugwirkung (Pfeil E, 8) wird der im Bereich seiner innenseitigen Schalenkontur 23 die Kugel 14 als Gegenglied aufnehmende Anlagekopf 11 unter Magnetkraftwirkung MK vorpositioniert, und danach gelangt der Anlagekopf 11 im Bereich seiner freien Oberseite der Schalenkontur 18 mit dem hier vorgesehenen Saugnapf-Teil 9 in die Anlageposition am Werkstück 3 (14).
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Dabei wird deutlich, dass der Anlagekopf 11 in Gebrauchslage mit einem die freie Oberseite der Schalenkontur 18 ringförmig begrenzenden Randbereich 16 so positioniert wird, dass eine dichtende Anlage erreicht ist. Der Randbereich 16 ist dabei optimal so angeordnet, dass dieser zwischen dem anvulkanisierten, innen liegend die Schalenkontur 23 zumindest bereichsweise bedeckenden Saugnapf-Teil 9 und der außenseitig an den Anlagekopf 11 anvulkanisierten Dichtlippe 24 umläuft.
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Zur Realisierung der Ansaugung mittels des Vakuumsaugers 21 im Bereich der vorbeschriebenen Dicht- und Saugnapfteile ist vorgesehen, dass der Anlagekopf 11 im Bereich seiner Schalenkontur 18 mit zumindest einer zum Aufnahmeteil 17 der Stützbaugruppe 8 hin einen Saug- und/oder Blaseinlass bildenden Durchgangsöffnung 25, 25', 25'' versehen ist. Aus den Darstellungen gemäß 8 und 9 wird deutlich, dass die Schalenkontur 18 auch mehrere der Durchgangsöffnungen 25, 25', 25'' aufweisen kann.
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Dieses Konzept der Durchgangsöffnungen sieht vor, dass unabhängig von den Bauteilen der Magnet-Verbindung im Bereich der Kugel 14 ein permanenter Austausch der Luft im Innenraum 26 des Anlagekopfes 11 möglich ist (7 bis 9). Durch mehrere der Durchgangsöffnungen 25, 25', 25'' wird erreicht, dass die wahlweise als das Gegenglied oder als das Magnetteil der magnetischen Halteverbindung MK vorgesehene Kugel 14 im Bereich der zumindest einen Durchgangsöffnung 25, 25', 25'' in eine diese frei lassende Lage bewegt werden kann (8). Dabei ist auch in der Kippstellung (9) der Luftaustausch gewährleistet (Winkel W).
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In der bevorzugten Gebrauchslage des Anlagekopfes 11 (8, 14) ist der vorbeschriebene erste Vakuumsauger 21 vom Bereich der Stützbaugruppe 8 aus wirksam. Unter Wirkung des Saugdruckes E in einem Freiraum 27 (Saugrichtung gemäß Pfeil D, 8) wird die konvexe Schalenkontur 18 des Anlagekopfes 11 an einem Dichtring 28 am Rand des Aufnahmeteils 17 in einer luftdichten Anlageposition fixiert. Die damit zusammenhängende Saugwirkung (Pfeil D', 9) im Bereich des Saugnapf-Teils 9 ergibt sich unter Wirkung des Saugdruckes über die Durchgangsöffnungen 25, 25', 25'' in logischer Abfolge.
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Für eine Steuerung des einzelnen Stellantriebs 5 bzw. einer als ”Matrix” angeordneten Vielzahl von Stellantrieben 5 – ähnlich der Anordnung in 1 und 2 – ist es wesentlich, dass mit der Anlageposition des Anlagekopfes 11 am Aufnahmeteil 17 eine für Mess- und Steuerfunktionen nutzbare Null-Lage des Systems definiert wird (Punkt P, 8, 11) und damit für eine insbesondere automatische Positionierung mittels computergesteuerter Voreinstellung optimale Bedingungen geschaffen sind.
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Aus einer Zusammenschau von 5 und 6 wird deutlich, dass der im Bereich der Stützbaugruppe 8 erfassbare Anlagekopf 11 im unteren Bereich des Stellantriebs 5 mit einer insgesamt mit 28 bezeichneten Messeinrichtung zusammenwirkt (6), wobei mittels jeweiliger, unter Wirkung des im Stellantrieb 5 vorgesehenen Stellorgans 6 erfassbarer und/oder verlagerbarer Messglieder 29 insbesondere eine Wegmessung durchführbar ist.
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Das System der Vakuum-Saugung (Pfeil D, 8) kann auch umgeschaltet werden, so dass in Pfeilrichtung D' ein Druckluftstrom auf die Schalenkontur 18 wirkt. Gleichzeitig wirkt die magnetische Gegenkraft MK mittels der Kugel 14, so dass ein ”Flatterzustand” am Anlagekopf 11 dann erzeugt werden kann, wenn mittels des Luftdrucks die Magnetkraft (und die Gegenkraft) überwunden und der Verbindungseingriff im Bereich der Dichtung 28 gelöst wird. Nach dem Druckabbau im Raum 27 liegt der Anlagekopf 11 wieder auf der Stützbaugruppe 8 auf und der ”Aushubvorgang” wiederholt sich.
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Eine Erweiterung des vorbeschriebenen Konzeptes mit dem Anlagekopf 11 sieht eine zweite Ausführung vor, bei der ein Anlagekopf 11' (10 bis 12) verwendet wird. Dieses Konzept ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagekopf 11' mit zumindest einem unmittelbar dessen bodenseitig geschlossene Schalenkontur 18 im Bereich eines Anschlusses 22' und/oder 22'' (13) durchgreifenden zweiten Vakuumsauger 30 versehen wird.
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Damit wird eine Bauteilkombination erreicht, bei der unter Wirkung des zweiten Vakuumsaugers 30 der Anlagekopf 11 mit dem Objekt 3' (11) verbindbar ist. In dieser Ansaugphase bzw. Verbindungsphase kann gleichzeitig die Stützbaugruppe 8 vom Anlagekopf 11' gelöst werden, so dass sich bisher bei ähnlichen Systemen nicht erreichbare Handhabungsvorteile ergeben.
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Mit dieser Lösbarkeit der Baugruppen im Bereich des Anlagekopfes 11 wird gleichzeitig erreicht, dass ein dabei mit einem Abstandsmaß S (11) verdeutlichter Verfahrweg zwischen den Bauteilen des Kopfes 11' und der Stützbaugruppe 8 mittels der Messeinrichtung 28 – in Form der absoluten Wegmessung im System – weiterhin erfassbar bleibt. Damit können in dieser – nicht dargestellten – ”gelösten Stellung” der Teile 11' und 8 jeweils variable Korrekturbewegungen im Haltesystem des Werkstücks 3 (1, 2) angesteuert werden. Danach wird mittels computergestützter Komponenten eine vorausberechnete Stützstellungen wiederholt angefahren. Dies kann neben den Bewegungen beim Einrichten der Bearbeitungseinrichtung 1 beispielsweise auch für einen Wechsel von reparaturbedürftigen Bauteilen des Systems sinnvoll sein.
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Es versteht sich, dass bei jeweils über dem Abstand S von der Stützbaugruppe 8 gelöstem Anlagekopf 11' (in 11 nicht dargestellt) eine reibungsfreie Relativbewegung, insbesondere auch eine Schwenkbewegung zwischen diesen beiden benachbarten Teilen des Systems möglich ist.
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Eine weitere Anwendung ergibt sich daraus, dass der Anlagekopf 11' mittels einer die Stützung des Werkstücks 3 bewirkenden Saug-Blas-Steuerung intermittierend in jeweilige Anlage- und Abstandspositionen verlagerbar ist. Durch dieses wechselnde Lösen und Andocken können zumindest phasenweise jeweilige Schwenk-, Schub- und/oder Drehbewegungen der beweglichen Bauteile des Stellsystems angesteuert werden, so dass insbesondere bei flexiblen Werkstücken 3', beispielsweise in Form von Schalenteilen aus Kunststoff oder Blech, ein variables Anfahren in die Stützposition oder ein Lösen zum Nachstellen der Konturform einfach möglich wird.
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Durch die Steuerung des Systems mit den beiden Vakuumsaugern 21, 30 ist es möglich, dass die Stellbaugruppe im Bereich des verlagerbaren Anlagekopfes 11' in einen Gleichgewichtszustand ”aufgeschaukelt” wird. Damit können insbesondere im Bereich eines als Blechteil ausgebildeten Werkstückes 3, 3' bei dessen Handhabung auftretende spring-in-spring-out-Effekte steuerungstechnisch ausgeglichen werden.
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In 12 bis 14 sind weitere Details im Bereich des Anlagekopfes 11' gezeigt, wobei dieser unterhalb des Saugnapfteils 9 mit einer Messeinheit 31, beispielsweise einem Kraft- oder Druckmesser, versehen sein kann (12). Über einen weiteren Anschluss 22'' können dann die elektrischen Verbindungsleitungen (nicht dargestellt) zu der Messeinheit 31 geführt werden.
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In 14 ist die Messeinheit 31 in Funktionslage bei aufliegendem Werkstück 3 dargestellt.
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Ausgehend von der ”zylinderförmigen” Ausführung des Stellantriebs 5 in 3 zeigt 15 eine weiteren Ausführung, wobei der Stellantrieb 5' als eine eine bogenförmige Wirkkurve BK aufweisende Baugruppe ausgeführt ist.
