DE102014017110B3

DE102014017110B3 - Schraubstation zum Spannen eines Gegenstands, Adapterplatte und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102014017110B3
Application number: DE102014017110.8A
Authority: DE
Inventors: Roland Karlheinz Kiefer
Original assignee: Stark Spannsysteme GmbH
Current assignee: Stark Spannsysteme GmbH
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubstation zum Spannen eines Gegenstands (1) auf einer Auflage (6), insbesondere zum Spannen eines Werkstücks (1) auf einer Adapterplatte (2) in einer Werkzeugmaschine. Die erfindungsgemäße Schraubstation umfasst eine Schraubenbohrung (15), die in die Auflage (6) mündet, und eine Spannschraube (9), die in der Schraubenbohrung (15) drehbar angeordnet ist und zum Spannen des Gegenstands (1) aus der Schraubenbohrung (15) herausragt und in ein Gewinde (8) in dem zu spannenden Gegenstand (1) eingreift. Die erfindungsgemäße Schraubstation zeichnet sich durch eine in die Schraubstation integrierte Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 20–24; 26–28) aus, um zu kontrollieren, ob der zu spannende Gegenstand (1) auf der Auflage (6) aufliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubstation zum Spannen eines Gegenstands auf einer Auflage, insbesondere zum Spannen eines Werkstücks auf einer Adapterplatte in einer Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Adapterplatte nach Anspruch 12 und eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13.
Bei modernen Werkzeugmaschinen (z. B. Fräsmaschinen) werden die zu bearbeitenden Werkstücke für eine Bearbeitung in der Regel nicht einzeln in der Werkzeugmaschine festgespannt, da dies zu langen Rüstzeiten und entsprechend langen Stillstandszeiten der Werkzeugmaschine führen würde. Vielmehr werden die zu bearbeitenden Werkstücke üblicherweise zunächst auf einer Adapterplatte festgespannt, die mehrere Werkstücke aufnehmen kann. Die Adapterplatte wird dann als Ganzes in der Werkzeugmaschine festgespannt und zwar üblicherweise mittels Einzugsnippeln, die an der Unterseite der Adapterplatte angeordnet sind und in ein entsprechendes Spannsystem in der Werkzeugmaschine eingeführt werden. Die Adapterplatte mit den darauf festgespannten Werkstücken kann dann zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstationen wandern, wobei die Werkstücke auf der Adapterplatte festgespannt bleiben.
Die Fixierung der einzelnen Werkstücke auf der Adapterplatte kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung erfolgen, die an einer Schraubstation hergestellt wird. Hierbei wird eine Spannschraube durch die Adapterplatte hindurch in das zu spannende Werkstück eingeschraubt, wodurch das Werkstück auf der Adapterplatte fixiert wird. Dabei ist es wichtig, dass das Werkstück sicher auf der Auflage an der Oberseite der Adapterplatte aufliegt, da das Werkstück ansonsten nicht exakt ausgerichtet ist, was bei einer späteren Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine zu Fehlern führen würde. Schraubstationen im allgemeinen Sinne sind auch bekannt aus DE 1 752 159 A und DE 10 2013 003 053 A1 .
Eine Möglichkeit zur Auflagenkontrolle besteht darin, das Anzugsmoment der Spannschraube zu messen, wobei eine korrekte Auflage des Werkstücks auf der Adapterplatte angenommen wird, wenn das Anzugsmoment einen bestimmten Minimalwert überschreitet. Allerdings führt diese Art der Auflagenkontrolle durch eine Messung des Anzugsmoments der Spannschraube zu Fehlern, wenn beispielsweise zwischen dem Werkstück und der Adapterplatte eine Verschmutzung oder ein Span liegt. Das Anziehen der Spannschraube führt dann zwar zu dem gewünschten Anzugsmoment, jedoch ist das Werkstück dann auf der Adapterplatte aufgrund der Verschmutzung bzw. des Spans verkantet und somit nicht korrekt ausgerichtet.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik separate Auflagenkontrollen bekannt, die pneumatisch arbeiten und einen Kontrollluftstrom durch eine separate Bohrung abgeben, die in die Auflage mündet. Bei einer korrekten Auflage des Werkstücks auf der Adapterplatte werden diese Düsen für den Kontrollluftstrom nahezu vollständig verschlossen, was zu einer entsprechenden Druckänderung führt. Derartige pneumatische Auflagenkontrollen sind beispielsweise aus EP 1 537 946 A1 , EP 0 794 035 A1 und DE 20 2009 002 164 U1 bekannt. Allerdings erfordern derartige pneumatische Auflagenkontrollen in der Regel eine separate Bohrung zur Abgabe des Kontrollluftstroms.
Ferner ist zum allgemeinen technischen Hintergrund auch hinzuweisen auf DE 10 2010 052 676 B4 und EP 1 767 300 A1 .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Auflagenkontrolle bei einer Schraubstation zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Schraubstation gemäß dem Hauptanspruch 1 sowie durch eine Adapterplatte gemäß Anspruch 12 und eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 13 gelöst.
Die erfindungsgemäße Schraubstation kann beispielsweise in einer Adapterplatte angeordnet sein, wie sie an sich bekannt ist und eingangs beschrieben wurde. Derartige Adapterplatten ermöglichen an ihrer Oberseite das Einspannen von Werkstücken für eine Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine. An ihrer Unterseite besitzen derartige Adapterplatten üblicherweise mindestens einen Einzugsnippel, der in einem entsprechenden Spannsystem (z. B. Nullpunktspannsystem) einer Werkzeugmaschine eingespannt werden kann. Auf diese Weise können die zu bearbeitenden Werkstücke in einer Werkzeugmaschine einfach und schnell ausgewechselt werden, indem die Adapterplatte mit mehreren darauf fixierten Werkstücken ausgetauscht wird.
Die erfindungsgemäße Schraubstation weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Schraubenbohrung auf, die in die Auflage mündet. In dieser Schraubenbohrung ist eine Spannschraube drehbar angeordnet, die zum Spannen des Gegenstands (z. B. Werkstück) aus der Schraubenbohrung herausragen kann und dann in ein Gewinde in dem zu spannenden Gegenstand eingreift. Das Drehen der Spannschraube führt also zu einer entsprechenden axialen Spannkraft zwischen der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) einerseits und dem zu spannenden Gegenstand (z. B. Werkstück) andererseits. Die Schraubenbohrung und die Spannschraube sind also vorzugsweise in einer Adapterplatte angeordnet.
Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass in die Schraubstation eine Auflagenkontrolleinrichtung integriert ist, die eine Kontrolle ermöglicht, ob der zu spannende Gegenstand (z. B. Werkstück) korrekt auf der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) aufliegt. Die Integration der Auflagenkontrolleinrichtung in die Schraubstation ist vorteilhaft, weil dann keine separaten pneumatischen Auflagenkontrolleinrichtungen erforderlich sind, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die erfindungsgemäße Schraubstation verwendet also für die Schraubenbohrung und für die Auflagenkontrolle dieselbe Bohrung.
Gemäß der Erfindung gibt die Auflagenkontrolleinrichtung einen Kontrollfluidstrom durch die Schraubenbohrung nach außen ab. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kontrollfluidstrom um einen Kontrollluftstrom. Die Auflagenkontrolleinrichtung kann jedoch auch mit anderen Gasen oder Flüssigkeiten (z. B. Wasser) arbeiten, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Der Kontrollfluidstrom wird hierbei von dem zu spannenden Gegenstand beeinflusst und hängt davon ab, ob der Gegenstand auf der Auflage aufliegt oder ob ein Spalt zwischen der Auflage und dem zu spannenden Gegenstand verbleibt.
Falls der zu spannende Gegenstand (z. B. Werkstück) korrekt auf der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) aufliegt, so dichtet der zu spannende Gegenstand die Austrittsöffnung für den Kontrollfluidstrom weitgehend ab, was sich beispielsweise in dem Druck des Kontrollfluidstroms widerspiegelt.
Falls dagegen ein Spalt zwischen dem zu spannenden Gegenstand (z. B. Werkstück) einerseits und der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) andererseits frei bleibt, so kann der Kontrollfluidstrom durch diesen Spalt nahezu ungehindert entweichen, was sich ebenfalls in dem Druck des Kontrollfluidstroms widerspiegelt.
Allgemein lässt sich sagen, dass eine Strömungsgröße (z. B. Druck) des Kontrollfluidstroms davon abhängt, ob der Gegenstand (z. B. Werkstück) korrekt auf der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) aufliegt oder ob zwischen dem Gegenstand und der Auflage ein Luftspalt frei bleibt.
Bei dieser aussagekräftigen Strömungsgröße handelt es sich vorzugsweise um den Druck des Kontrollfluidstroms. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Mengenstrom (Massenstrom oder Volumenstrom) des Kontrollfluidstroms zu messen, um daraus ableiten zu können, ob der zu spannende Gegenstand korrekt auf der Auflage aufliegt.
Die Auflagenkontrolleinrichtung weist vorzugsweise eine erste Messeinrichtung auf, welche die Strömungsgröße (z. B. Druck, Mengenstrom) des Kontrollfluidstroms misst, um daraus ableiten zu können, ob der zu spannende Gegenstand korrekt auf der Auflage aufliegt oder nicht.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schraubstation zusätzlich einen Schraubenantrieb auf, welcher die Spannschraube mit einem bestimmten Anzugsmoment dreht, um den Gegenstand auf der Auflage zu spannen. Hierbei ist vorzugsweise eine zweite Messeinrichtung vorgesehen, um das Anzugsmoment des Schraubenantriebs zu messen. Die zweite Messeinrichtung kann dadurch realisiert werden, dass die elektrischen Antriebsgrößen (z. B. Strom und Spannung) für einen elektrischen Antriebsmotor gemessen werden, woraus dann das Anzugsmoment berechnet werden kann.
Darüber hinaus weist die Auflagenkontrolleinrichtung vorzugsweise eine Auswertungseinheit auf, die eingangsseitig mit den beiden Messeinrichtungen verbunden ist und ein Freigabesignal erzeugt, wenn der zu spannende Gegenstand auf der Auflage aufliegt. Das Freigabesignal gibt dann an, dass die Werkzeugmaschine mit der Bearbeitung beginnen kann, da das Werkstück korrekt auf der Adapterplatte aufliegt. Die Auswertungseinheit ermittelt das Freigabesignal dann in Abhängigkeit von dem gemessenen Anzugsmoment einerseits und der gemessenen Strömungsgröße (z. B. Druck) des Kontrollfluidstroms andererseits. Das Freigabesignal wird dann nur erzeugt, wenn das Anzugsmoment anzeigt, dass die Spannschraube ausreichend fest angezogen ist und wenn die Strömungsgröße (z. B. Druck) des Kontrollfluidstroms anzeigt, dass kein Spalt zwischen dem zu spannenden Gegenstand einerseits und der Auflage andererseits verblieben ist. Andernfalls besteht nämlich die Gefahr, dass das Anzugsmoment der Spannschraube lediglich daher rührt, das der zu spannende Gegenstand auf einen Span oder ein sonstiges Hindernis zwischen dem zu spannenden Gegenstand und der Auflage drückt.
Die erfindungsgemäße Auflagenkontrolleinrichtung arbeitet also vorzugsweise nach zwei unterschiedlichen Messprinzipien und misst unterschiedliche Messgrößen, um zu ermitteln, ob der zu spannende Gegenstand auf der Auflage aufliegt. Bei der einen Messgröße handelt es sich vorzugsweise um das Anzugsmoment der Spannschraube. Bei der anderen Messgröße handelt es sich dagegen vorzugsweise um eine Strömungsgröße (z. B. Druck) des Kontrollfluidstroms.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schraubenbohrung einen ringförmig umlaufenden Axialanschlag auf, insbesondere in Form eines ringförmigen Absatzes in der Innenwand der Schraubenbohrung. Die Spannschraube weist dann einen entsprechend angepassten Axialanschlag auf, der vorzugsweise ebenfalls die Form eines ringförmigen Absatzes aufweist. Die beiden Axialanschläge von Schraubenbohrung einerseits und Spannschraube andererseits liegen dann im Betrieb aneinander, wodurch sich die Spannschraube axial abstützen kann, um die erforderliche axiale Spannkraft auf den zu spannenden Gegenstand (z. B. Werkstück) ausüben zu können.
Bei einer solchen Konstruktion mit zwei ringförmigen Absätzen in der Innenwand der Schraubenbohrung einerseits und in der Mantelfläche der Spannschraube andererseits kann das Problem bestehen, dass die aneinander anliegenden Axialanschläge (Absätze) einen Luftdurchtritt verhindern, sodass der Kontrollfluidstrom blockiert wird.
Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, dass der Kontrollfluidstrom erst stromabwärts hinter den beiden Axialanschlägen in die Schraubenbohrung eingeleitet wird, sodass der Kontrollfluidstrom dann ungehindert bis zur Austrittsöffnung der Schraubenbohrung strömen kann.
Eine andere Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, dass zwischen den beiden Axialanschlägen der Spannschraube einerseits und der Schraubenbohrung andererseits eine ringförmige Distanzscheibe angeordnet ist, die einen von innen nach außen durchgehenden Strömungskanal aufweist, durch den der Kontrollfluidstrom von außen nach innen durch die Distanzscheibe hindurch strömen kann. Der Kontrollfluidstrom kann dann stromaufwärts vor den beiden Axialanschlägen in die Schraubenbohrung eingeleitet werden und strömt dann durch den Strömungskanal in der Distanzscheibe weitgehend ungehindert zur Austrittsöffnung der Schraubenbohrung, um dort eine Auflagenkontrolle zu ermöglichen. Die Distanzscheibe mit dem Strömungskanal (z. B. Nut) ermöglicht also auch dann einen Durchtritt des Kontrollfluidstroms, wenn die beiden Axialanschläge der Schraubenbohrung einerseits und der Spannschraube andererseits beiderseits der Distanzscheibe anliegen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Spannschraube ein Außengewinde auf, während das Gewinde in dem zu spannenden Gegenstand (z. B. Werkstück) ein Innengewinde ist.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Kontrollfluidstrom vorzugsweise durch einen Ringspalt zwischen der Innenwand der Schraubenbohrung einerseits und der Mantelfläche der Spannschraube andererseits in axialer Richtung nach außen strömen kann und zwar unabhängig von der Stellung der Spannschraube. Die Schraubenbohrung hat also bei der erfindungsgemäßen Schraubstation vorzugsweise zwei Funktionen. Zum einen nimmt die Schraubenbohrung die Spannschraube auf, wie es auch bei herkömmlichen Schraubstationen der Fall ist. Zum anderen ermöglicht die Schraubenbohrung aber auch eine Durchleitung des Kontrollfluidstroms, wie es erstmals die Erfindung vorsieht.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass als aussagekräftige Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms vorzugsweise der Druck oder der Mengenstrom (Massenstrom oder Volumenstrom) ausgewertet wird, um daraus ableiten zu können, ob der zu spannende Gegenstand (z. B. Werkstück) korrekt auf der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) aufliegt oder nicht. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der gemessenen Strömungsgröße nicht auf den Druck oder den Mengenstrom des Kontrollfluidstroms beschränkt, sondern auch mit anderen Strömungsgrößen realisierbar, sofern diese einen Rückschluss darauf zulassen, ob der zu spannende Gegenstand (z. B. Werkstück) korrekt auf der Auflage (z. B. Oberseite der Adapterplatte) aufliegt.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Schraubstation vorzugsweise eine Schraubenausfallsicherung auf, die verhindert, dass die Spannschraube aus der Schraubenbohrung herausfallen kann. In der einen Richtung wird das Herausfallen nämlich durch die Axialanschläge der Spannschraube einerseits und der Schraubenbohrung andererseits verhindert. In der entgegengesetzten Richtung verhindert dann die Schraubenausfallsicherung ein Herausfallen der Spannschraube. Die Schraubenausfallsicherung kann beispielsweise in Form einer Hülse in der Schraubenbohrung fixiert werden.
Der Schraubenantrieb kann wahlweise in die Schraubstation integriert sein oder von der Schraubstation getrennt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Schraubenantrieb um einen pneumatischen Schraubenantrieb handeln, der als Handgerät ausgeführt sein kann. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Schraubenantrieb einen elektrischen Antriebsmotor enthält.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass es sich bei dem zu spannenden Gegenstand vorzugsweise um ein Werkstück handelt, das in einer Werkzeugmaschine (z. B. Fräsmaschine) bearbeitet werden soll. Die Auflage befindet sich dann vorzugsweise an der Oberseite einer Adapterplatte, d. h. der zu spannende Gegenstand wird auf der Oberseite der Adapterplatte festgespannt. An ihrer Unterseite weist die Adapterplatte dann vorzugsweise mindestens einen Einzugsnippel auf, um die Adapterplatte mit den darauf fixierten Werkstücken in einem Spannsystem (z. B. Nullpunktspannsystem) einer Werkzeugmaschine einzuspannen. Derartige Spannsysteme und entsprechende Einzugsnippel sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für eine Schraubstation mit allen Einzelteilen der Auflagenkontrolleinrichtung, einschließlich der Fluidversorgung, der Messeinrichtung zur Druckmessung, der Messeinrichtung zur Messung des Anzugsmoments und der Auswertungseinheit. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Schraubstation, die lediglich für eine integrierte Auflagenkontrolle eingerichtet ist, wobei die Einzelteile (Fluidversorgung, Messeinrichtungen, etc.) dann an die erfindungsgemäß ausgebildete Schraubstation angeschlossen werden können.
Die Erfindung beansprucht auch nicht nur Schutz für die vorstehend beschriebene Schraubstation. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Adapterplatte, die entsprechend ausgebildet ist und sowohl das Festspannen von Werkstücken als auch eine Auflagenkontrolle ermöglicht.
Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine entsprechende Werkzeugmaschine mit einer solchen Schraubstation und/oder einer entsprechend angepassten Adapterplatte.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Schraubstation zum Festspannen eines Werkstücks auf einer Adapterplatte mittels eines pneumatischen Schraubers,
2A eine Querschnittsansicht durch die Schraubstation gemäß 1 vor dem Spannen des Werkstücks auf der Adapterplatte,
2B eine Abwandlung von 2A im gespannten Zustand,
3 eine vergrößerte Teilansicht aus 2A,
4 eine Perspektivansicht einer Distanzscheibe aus der erfindungsgemäßen Schraubstation gemäß den 1, 2A, 2B und 3,
5 eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Schraubstation, sowie
6 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Auflagenkontrolle gemäß der Erfindung.
Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Schraubstation zum Spannen eines Werkstücks 1 auf einer Adapterplatte 2, wobei die Adapterplatte 2 mit dem eingespannten Werkstück 1 dann in herkömmlicher Weise in einer Werkzeugmaschine (z. B. Fräsmaschine) eingespannt werden kann. Hierzu weist die Adapterplatte 2 an ihrer Unterseite zwei Einzugsnippel 3, 4 auf, die in entsprechende Spannsysteme (z. B. Nullpunktspannsysteme) in der Werkzeugmaschine eingeführt werden können.
An ihrer Oberseite weist die Adapterplatte 2 in diesem Ausführungsbeispiel konische Erhebungen 5 auf, die jedoch nicht erfindungswesentlich sind. Vielmehr kann die Adapterplatte 2 an ihrer Oberseite auch eben sein. Entscheidend ist lediglich, dass die Adapterplatte 2 an ihrer Oberseite eine Auflage 6 bildet, auf der das Werkstück 1 bei einer korrekten Einspannung planparallel aufliegt.
Das Spannen des Werkstücks 1 auf der Adapterplatte erfolgt hierbei durch eine Schraubverbindung. Hierzu weist das zu spannende Werkstück 1 eine Bohrung 7 mit einem Innengewinde 8 auf. Die Adapterplatte 2 weist dagegen eine Spannschraube 9 mit einem Außengewinde 10 auf. Zum Spannen des Werkstücks 1 auf der Adapterplatte 2 wird die Spannschraube 9 in die Bohrung 7 in dem Werkstück 1 eingeschraubt, bis das Werkstück 1 planparallel auf der Auflage 6 aufliegt.
Das Drehen der Spannschraube 9 erfolgt hierbei durch einen pneumatischen Schrauber 11, der als Handgerät ausgeführt ist und einen Griff 12 aufweist, um den Schrauber 11 zu führen. Der pneumatische Schrauber 11 greift über einen Einsatz 13 in die Spannschraube 9 ein und kann diese dadurch drehen.
Die Spannschraube 9 weist in ihrer Mantelfläche einen ringförmig umlaufenden Absatz 14 auf, der einen Axialanschlag bildet. Die Spannschraube 9 ist hierbei in einer Schraubenbohrung 15 angeordnet, wobei die Schraubenbohrung 15 in ihrer Innenwand ebenfalls einen ringförmig umlaufenden Absatz 16 aufweist, der einen Axialanschlag bildet. In dem gespannten Zustand gemäß 2B stützt sich die Spannschraube 9 dann mit dem Absatz 14 an dem Absatz 16 in der Schraubenbohrung 15 axial ab, wodurch eine axiale Spannkraft in das Werkstück 1 eingeleitet werden kann.
Zwischen den beiden Absätzen 14, 16 befindet sich hierbei eine Distanzscheibe 17, die in 4 detailliert dargestellt ist. In der Oberseite der Distanzscheibe 17 befinden sich hierbei diametral gegenüberliegend zwei Nuten 18, die einen Strömungskanal bilden. Durch die Nuten 18 kann ein Kontrollluftstrom hindurch treten, wie noch detailliert beschrieben wird.
In die Schraubenbohrung 15 ist unten eine Schraubenausfallsicherung 19 eingesetzt, die verhindern soll, dass die Spannschraube 9 aus der Schraubenbohrung 15 nach unten herausfallen kann.
Darüber hinaus ist in die Adapterplatte 2 in die untere Mündungsöffnung der Schraubenbohrung 15 ein Kupplungsstück 20 eingesetzt, das es ermöglicht, einen Kontrollluftstrom 21 in die Schraubenbohrung 15 einzuleiten.
An seinem oberen Ende ist das Kupplungsstück 20 gegenüber der Innenwand der Schraubenausfallsicherung 19 durch eine O-Ring-Dichtung 22 abgedichtet.
An seinem unteren Ende ist die Innenwand des Kupplungsstückes 20 durch eine weitere O-Ring-Dichtung 23 gegenüber der Mantelfläche des Einsatzes 13 abgedichtet.
In dem Kupplungsstück 20 befindet sich seitlich ein Anschluss 24 zur Zuführung des Kontrollluftstroms 21. Der Kontrollluftstrom 21 tritt dann zunächst radial in das Kupplungsstück 20 ein und strömt dann in axialer Richtung durch einen Ringspalt zwischen der Mantelfläche des Einsatzes 13 und der Innenwand des Kupplungsstückes 20. Anschließend tritt der Kontrollluftstrom 21 in die Schraubenbohrung 15 ein und strömt dann weiter zu der Distanzscheibe 17, die der Kontrollluftstrom 21 in radialer Richtung durch die Nuten 18 durchströmt. Anschließend strömt der Kontrollluftstrom 21 dann weiter in axialer Richtung durch den Ringspalt zwischen dem Außengewinde 10 der Spannschraube 9 und der Innenwand der Schraubenbohrung 15. Schließlich tritt der Kontrollluftstrom 21 dann an der Oberseite an der Auflage 6 aus, wie durch die Pfeile in 2A angedeutet wird.
In dem ungespannten Zustand gemäß 2A verbleibt zwischen dem Werkstück 1 einerseits und der Auflage 6 der Adapterplatte 2 ein Luftspalt. Dies bedeutet, dass der Kontrollluftstrom 21 nahezu ungehindert austreten kann.
In dem gespannten Zustand gemäß 2B wird die Mündungsöffnung der Schraubenbohrung 15 in der Auflage 6 dagegen von dem Werkstück 1 verschlossen, sodass der Kontrollluftstrom 21 nicht austreten kann.
Dies ermöglicht eine Auflagenkontrolle durch eine Messung des Drucks des Kontrollluftstroms 21. So ist der Druck des Kontrollluftstroms 21 relativ gering, wenn der Kontrollluftstrom 21 in dem ungespannten Zustand gemäß 2A nahezu ungehindert austreten kann. In dem gespannten Zustand gemäß 2B kann der Kontrollluftstrom 21 dagegen nicht austreten, was zu einem entsprechend höheren Druck führt. Die Messung des Drucks des Kontrollluftstroms 21 kann hierbei stromaufwärts vor dem Anschluss 24 durch eine separate Messeinrichtung erfolgen.
5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 4, wobei dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Kontrollluftstrom 21 hierbei über einen Schlauch 25 zugeführt wird, der stromabwärts hinter den beiden Absätzen 14, 16 in die Schraubenbohrung 15 mündet. Dies bietet den Vorteil, dass auf die Distanzscheibe 17 verzichtet werden kann, da es nicht störend ist, dass die beiden Absätze 14, 16 im gespannten Zustand dichtend aneinander anliegen.
6 zeigt ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Messeinrichtung 26 zur Messung des Anzugsmoments der Spannschraube 9.
Weiterhin ist eine Messeinrichtung 27 vorgesehen, um den Druck des Kontrollluftstroms 21 zu messen.
Ferner ist eine Auswertungseinheit 28 vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem gemessenen Anzugsmoment der Spannschraube 9 und dem gemessenen Druck des Kontrollluftstroms 21 ein Freigabesignal erzeugt, wenn die Auswertung ergibt, dass das Werkstück 1 korrekt und ohne Spalt auf der Auflage 6 aufliegt.
Die Auswertungseinheit 28 erzeugt das Freigabesignal nur dann, wenn das gemessene Anzugsmoment der Spannschraube 9 einen vorgegebenen Minimalwert erreicht und wenn zusätzlich der gemessene Druck des Kontrollluftstroms 21 einen vorgegebenen Minimalwert erreicht. Die Ausgabe des Freigabesignals ermöglicht es dann der Werkzeugmaschine, mit der Bearbeitung zu beginnen. Andernfalls wird die Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine gesperrt, da die Werkstücke nicht ordnungsgemäß eingespannt sind.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Adapterplatte
3: Einzugsnippel an der Adapterplatte
4: Einzugsnippel an der Adapterplatte
5: Konische Erhebung in der Adapterplatte
6: Auflage
7: Bohrung in dem Werkstück
8: Innengewinde in der Bohrung
9: Spannschraube
10: Außengewinde der Spannschraube
11: Pneumatischer Schrauber
12: Griff des Schraubers
13: Einsatz zwischen Schrauber und Spannschraube
14: Absatz in der Spannschraube
15: Schraubenbohrung
16: Absatz in der Schraubenbohrung
17: Distanzscheibe
18: Nuten in der Distanzscheibe
19: Schraubenausfallsicherung
20: Kupplungsstück für Kontrollluftstrom
21: Kontrollluftstrom
22: O-Ring-Dichtung
23: O-Ring-Dichtung
24: Anschluss für Kontrollluftstrom
25: Schlauch zur Zuführung des Kontrollluftstroms
26: Messeinrichtung zur Messung des Anzugsmoments der Spannschraube
27: Messeinrichtung zur Messung des Drucks des Kontrollluftstroms
28: Auswertungseinheit

Claims

Schraubstation zum Spannen eines Gegenstands (1) auf einer Auflage (6), insbesondere zum Spannen eines Werkstücks (1) auf einer Adapterplatte (2) in einer Werkzeugmaschine, mit a) einer Schraubenbohrung (15), die in die Auflage (6) mündet und b) einer Spannschraube (9), die in der Schraubenbohrung (15) drehbar angeordnet ist und zum Spannen des Gegenstands (1) aus der Schraubenbohrung (15) herausragt und in ein Gewinde (8) in dem zu spannenden Gegenstand (1) eingreift, dadurch gekennzeichnet, c) dass in die Schraubstation eine Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) integriert ist, um zu kontrollieren, ob der zu spannende Gegenstand (1) auf der Auflage (6) aufliegt, d) dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) einen Kontrollfluidstrom (21) durch die Schraubenbohrung (15) nach außen abgibt, insbesondere einen Kontrollluftstrom (21), und e) dass eine Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms (21) davon abhängt, ob der Gegenstand (1) auf der Auflage (6) aufliegt oder ob zwischen dem Gegenstand (1) und der Auflage (6) ein Luftspalt frei bleibt, durch den der Kontrollfluidstrom (21) nach außen entweichen kann.
Schraubstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) eine erste Messeinrichtung (27) aufweist, welche die Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms (21) misst.
Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) einen Schraubenantrieb (11–13) zum Drehen der Spannschraube (9) mit einem bestimmten Anzugsmoment, um den Gegenstand (1) auf der Auflage (6) zu spannen, und/oder b) eine zweite Messeinrichtung (26) zum Messen des Anzugsmoments des Schraubenantriebs (11–13).
Schraubstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) eine Auswertungseinheit (28) aufweist, die eingangsseitig mit der ersten Messeinrichtung (27) und mit der zweiten Messeinrichtung (26) verbunden ist, und b) dass die Auswertungseinheit (28) ein Freigabesignal erzeugt, wenn der zu spannende Gegenstand (1) auf der Auflage (6) aufliegt, und c) dass die Auswertungseinheit (28) das Freigabesignal in Abhängigkeit von dem gemessenen Anzugsmoment des Schraubenantriebs (11–13) und der gemessenen Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms (21) bestimmt, und/oder d) dass die Auswertungseinheit (28) das Freigabesignal nur erzeugt, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: d1) das gemessenen Anzugsmoment des Schraubenantriebs (11–13) überschreitet ein vorgegebenes minimales Drehmoment und d2) der Druck des Kontrollfluidstroms (21) überschreitet einen vorgegebenen minimalen Druck oder der Mengenstrom des Kontrollfluidstroms (21) unterschreitet einen vorgegebenen maximalen Mengenstrom.
Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) nach mindestens zwei unterschiedlichen Messprinzipien arbeitet und unterschiedliche Messgrößen misst, um zu ermitteln, ob der zu spannende Gegenstand (1) auf der Auflage (6) aufliegt, b) dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) als eine erste Messgröße das Anzugsmoment der Spannschraube (9) misst, und/oder c) dass die Auflagenkontrolleinrichtung (15, 17, 18, 20–24; 26–28) als eine zweite Messgröße die Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms (21) misst, insbesondere den Druck.
Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Schraubenbohrung (15) einen ringförmig umlaufenden Axialanschlag (16) aufweist, insbesondere in Form eines ringförmigen Absatzes (16) in der Innenwand der Schraubenbohrung (15), und b) dass die Spannschraube (9) einen ringförmig umlaufenden Axialanschlag (14) aufweist, insbesondere in Form eines ringförmigen Absatzes (14) in der Mantelfläche der Spannschraube (9), und c) dass sich die Spannschraube (9) mit ihrem Axialanschlag (14) an dem Axialanschlag (16) der Schraubenbohrung (15) axial abstützt.
Schraubstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Kontrollfluidstrom (21) stromaufwärts vor den beiden Axialanschlägen (14, 16) in die Schraubenbohrung (15) eingeleitet wird, oder b) dass der Kontrollfluidstrom (21) stromabwärts hinter den beiden Axialanschlägen (14, 16) in die Schraubenbohrung (15) eingeleitet wird.
Schraubstation nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass zwischen dem Axialanschlag (14) der Spannschraube (9) und dem Axialanschlag (16) der Schraubenbohrung (15) eine ringförmige Distanzscheibe (17) angeordnet ist, und b) dass die Distanzscheibe (17) mindestens einen Strömungskanal (18) aufweist, durch den der Kontrollfluidstrom (21) von außen nach innen durch die Distanzscheibe (17) hindurch strömen kann.
Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Spannschraube (9) ein Außengewinde (10) aufweist, während das Gewinde (8) in dem zu spannenden Gegenstand (1) ein Innengewinde (8) ist, und/oder b) dass der Kontrollfluidstrom (21) durch einen Ringspalt zwischen der Innenwand der Schraubenbohrung (15) und der Mantelfläche der Spannschraube (9) in axialer Richtung nach außen strömen kann und zwar unabhängig von der Stellung der Spannschraube (9), und/oder c) dass die gemessene Strömungsgröße des Kontrollfluidstroms (21) der Druck oder der Mengenstrom ist, und/oder d) dass eine Schraubenausfallsicherung vorgesehen ist, die ein Herausfallen der Spannschraube (9) verhindert, wobei die Schraubenausfallsicherung vorzugsweise in der Schraubenbohrung (15) fixiert ist, und/oder e) dass die Spannschraube (9) axial beweglich ist, um die Spannschraube (9) in das Gewinde in dem zu spannenden Gegenstand (1) ansetzen zu können, und/oder f) dass der Kontrollfluidstrom (21) ein Kontrollluftstrom (21) ist.
Schraubstation nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Schraubenantrieb (11–13) von der Schraubstation trennbar ist, und/oder b) dass der Schraubenantrieb (11–13) ein Handgerät ist, und/oder c) dass der Schraubenantrieb (11–13) pneumatisch arbeitet und eine Antriebsturbine enthält, und/oder d) dass der Schraubenantrieb (11–13) einen elektrischen Antriebsmotor enthält.
Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der zu spannende Gegenstand (1) ein Werkstück (1) ist, das in einer Werkzeugmaschine bearbeitet werden soll, b) dass sich die Auflage (6) an der Oberseite einer Adapterplatte (2) befindet, und/oder c) dass die Adapterplatte (2) an ihrer Unterseite mindestens einen Einzugsnippel (3, 4) aufweist, um die Adapterplatte (2) mit dem Werkstück (1) in einem Spannsystem einer Werkzeugmaschine zu einzuspannen.
Adapterplatte (2) mit a) mindestens einem Einzugsnippel (3, 4) an der Unterseite der Adapterplatte (2) zum Einspannen der Adapterplatte (2) in einem Spannsystem einer Werkzeugmaschine, und b) einer Schraubstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Spannen eines Werkstücks (1) auf der Auflage (6) an der Oberseite der Adapterplatte (2).
Werkzeugmaschine mit mindestens einer Schraubstation nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einer Adapterplatte (2) nach Anspruch 12.