DE102015218766A1

DE102015218766A1 - Aufspannvorrichtung, Bearbeitungsvorrichtung, Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102015218766A1
Application number: DE102015218766.7A
Authority: DE
Inventors: Josef Braunsteffer; Reinhold Schmid; Uwe Schleinkofer; Christoph Birenbaum
Original assignee: Habrama GmbH
Current assignee: Habrama GmbH
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufspannvorrichtung und eine Bearbeitungsvorrichtung, in denen ein Werkstück mit zwei festen Auflageelementen und zumindest einer adaptiven Spannvorrichtung aufspannbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks und ein entsprechendes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufspannvorrichtung und eine Bearbeitungsvorrichtung, in denen ein Werkstück mit zwei festen Auflageelementen und zumindest einer adaptiven Spannvorrichtung aufspannbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks und ein entsprechendes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.
Ausgedehnte Werkstücke weisen fertigungsbedingt häufig Verwindungen und/oder Biegekrümmungen auf. Um solche Verwindungen und/oder Krümmungen zu beseitigen, werden die Werkstücke in der Regel gerichtet oder geschliffen. Für eine präzise Durchführung eines solchen, recht aufwändigen, Richtprozesses an den Rohlingen werden Fachwissen, erfahrene Fachkräfte sowie eine entsprechende maschinelle Ausstattung, wie beispielsweise Torsions- und Biegerichtmaschinen benötigt. Werden andererseits die Rohlinge geschliffen, müssten sämtliche Seiten des Werkstücks einzeln bearbeitet werden, was für jede der vier Aufspannungen entsprechende Rüstzeiten mit sich bringt. Da die Aufspannung in der Regel nicht torsionsfrei erfolgt, erhält man als Ergebnis dieses Prozesses geschliffene aber oftmals noch verwundene Halbzeuge. Solche Halbzeuge sind für die weitere Fertigung unbrauchbar. Sowohl der Richt- als auch der Schleifprozess sind demnach kritische Prozessschritte.
Die genannten Probleme treten beispielsweise häufig bei langen, schlanken Halbzeugen mit prismatischem, z. B. rechteckigem, Querschnitt auf, die z. B. ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrer größten Ausdehnung im Querschitt von größer oder gleich 4, vorzugsweise größer oder gleich 20 haben. Solche Halbzeuge werden beispielsweise für die Herstellung von Zahnstangen benötigt.
Einige Hersteller von Zahnstangen setzen auf aufwendiges Torsionsrichten der Halbzeuge vor der eigentlichen Schleifbearbeitung. Durch Torsionsrichtmaschinen sollen zufriedenstellende Toleranzen für die weiteren Bearbeitungsschritte erreicht werden. Während des Richtens treten elastische Verformungen gleichzeitig mit plastischen Verformungen auf. Um das gewünschte Richtergebnis zu erzielen, müssen deshalb die Richtkraft und die Hubhöhe bei jedem Hub so angepasst werden, dass das Bauteil nach der Entlastung nur wie gewünscht zurückfedert. Genauso müssen beim Torsionsrichten Drehmoment und Verdrehwinkel so angepasst werden, dass die bleibende Verformung den notwendigen Toleranzen entspricht.
Faktoren wie die Geometrie, die genaue Zusammensetzung des Werkstoffes oder die bisherigen Fertigungsschritte beeinflussen das Verhalten des Bauteils beim Richten. Es werden aktuell Forschungsprojekte durchgeführt, um das Richten zu automatisieren und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Da Richtprozesse noch vorwiegend manuell gesteuert sind, werden fehlende Kenntnisse der Material- und Maschineneigenschaften durch Erfahrungsgefühl und Sichtprüfung der Mitarbeiter kompensiert. Die entstehenden Kosten auf Grund von Maschinenausstattung, Personal- und Zeitkosten summieren sich dann zusätzlich zu den Aufwendungen für die Hauptfertigungsschritte (Strangpressen, Stranggießen, etc.) (Eichner, T., Walter, E.: Umformmaschinen. Automatisiertes Teilerichten; Umformtechnik Magazin Ausgabe 1/2012 März und Eichner, T., Hammerschmidt, E., Kup, B.: Automatisches Richten schlanker Bauteile, WB Werkstatt + Betrieb 09/2011, S. 206–210, Carl Hanser Verlag, München, 2011).
Andere Hersteller beseitigen die Verwindung der Rohlinge mit einem aufwendigen „Vorschleifen“ der Werkstücke. Dies bedeutet im Fall von Vierkantstäben, dass eine Bearbeitung sämtlicher vier Seiten inklusive entsprechender Rüstvorgänge erforderlich ist.
Beispielhaft sei eine prismatische Stange mit einem Querschnitt von 40 × 40 mm und einer Länge von 1000 mm betrachtet, bei der ein Aufmaß von 0,5 mm an jeder Seite mit einer Zustellung (Tiefschleifen) geschliffen werden muss. Es wird eine Schleifscheibe mit 40 mm Breite wird eingesetzt, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes 5 mm/s beträgt. Pro Seite sind damit 200 s für die Bearbeitung nötig, was sich bei der Bearbeitung aller 4 Seiten auf ca. 13,5 min summiert. Addiert man je 30 s für die drei zusätzlichen Aufspannungen für die Bearbeitung der anderen Seiten, resultiert eine Gesamtbearbeitungszeit von 14,8 min. In dieser Rechnung werden weder Anfahr- noch Überlaufzeiten berücksichtigt, was zusätzliche Verzögerungen bedeutet. Es ist leicht ersichtlich, dass diese Methode zur Verminderung der Krümmung der Halbzeuge sehr zeitintensiv ist.
Die 1 zeigt typische Formabweichungen von langen schlanken Vierkantstäben. In der Regel ist es bei derartigen Vierkantstäben möglich, mit einem groben Richtvorgang eine Abweichung von der Rechtwinkligkeit u von 0,5 mm zu erreichen. Nach einem aufwendigeren Präzisionsrichtprozess kann sogar eine Abweichung u von ca. 0,2 mm erreicht werden. Übliche Werte für die Geradheit q der Halbzeugstangen sind 0,3 bis 0,5 mm.
Eine weitverbreitet eingesetzte Art der Werkstückspannung in Flachschleifmaschinen ist die Magnetspanntechnik. Ferromagnetische Bauteile können damit schnell großflächig über Magnetisierung von einer Spannplatte gespannt werden. Um das Werkstück nicht durch das Spannsystem zu verformen und ein gutes Bearbeitungsergebnis zu erreichen, müssen die Auflageflächen eine hohe Ebenheit besitzen (Neugebauer, R. (Hrsg.): Werkzeugmaschinen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012).
Manche Hersteller bieten Magnetspannplatten mit werkstückangepasster Geometrie an, wie zum Beispiel die Firma Blohm bei der Schleifmaschine Planomat HP (www.blohmgmbh.com/uploads/media/PLANOMAT _HP_EN _ds. pdf, aufgerufen am 10.02.2014). Manche dieser Vorrichtungen sind für Werkstücke mit flachen Auflageflächen vorgesehen, das heißt, bei den prismatischen Halbzeugen der Zahnstangen kann nur eine Seite des Prismas bearbeitet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufspannvorrichtung und eine Bearbeitungsvorrichtung sowie entsprechende Verfahren anzugeben, mit denen ein Werkstück handhabbar ist, ohne Biegungen oder Torsionen in das Werkstück einzubringen. Insbesondere soll vorteilhafterweise das Werkstück schneller als nach dem Stand der Technik möglich handhabbar bzw. bearbeitbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, die Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, das Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks nach Anspruch 18 und das Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 23. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung, der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufspannen und zum Bearbeiten an.
Erfindungsgemäß wird eine Aufspannvorrichtung zur Aufspannung zumindest eines Werkstücks angegeben. Grundsätzlich kann das Werkstück dabei eine beliebige Geometrie haben, besonders vorteilhaft ist die Aufspannvorrichtung jedoch für längliche Werkstücke geeignet, deren Sollform optional gerade ist. Die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung lässt sich jedoch auch für beispielsweise flächige Werkstücke oder Werkstücke mit einer definierten Krümmung, z.B. in ihrer Längsrichtung, einrichten.
Erfindungsgemäß weist die Aufspannungsvorrichtung zumindest zwei feste Auflageelemente auf. Auf diese ist das Werkstück auflegbar und vorteilhafterweise in zumindest einer Richtung fixierbar. Beim Auflegen kann das Werkstück dabei an einer Seite des entsprechenden Auflageelementes anliegen. Jene Richtung, in der sich diese Seite vom entsprechenden Auflageelement aus gesehen befindet, werde hier als Z-Richtung bezeichnet. Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Aufspannungsvorrichtung so aufgestellt, dass die Z-Richtung der Schwerkraft parallel entgegengerichtet ist. In diesem Fall kann das Werkstück unter Wirkung der Schwerkraft auf den festen Auflageelementen aufliegen.
Erfindungsgemäß weist die Aufspannvorrichtung zumindest eine zwischen den festen Auflageelementen angeordnete adaptive Spannvorrichtung auf. Befinden sich die festen Auflageelemente auf einer gemeinsamen Geraden, so kann das Merkmal, dass sich die zumindest eine adaptive Spannvorrichtung zwischen den festen Auflageelementen befindet, so verstanden werden, dass sich diese Spannvorrichtung auf jener Geraden befindet, auf der auch die Auflageelemente liegen. Im allgemeineren Fall, dass mehr als zwei feste Auflageelemente vorgesehen sind, die nicht alle auf einer gemeinsamen Geraden liegen, kann die Aussage, dass die zumindest eine adaptive Spannvorrichtung zwischen den festen Auflageelementen angeordnet ist, vorteilhaft so verstanden werden, dass diese Spannvorrichtung innerhalb einer gedachten Fläche angeordnet ist, deren Eckpunkte die festen Auflageelemente bilden.
Erfindungsgemäß weisen die adaptiven Spannvorrichtungen jeweils einen Haltebereich auf, an dem das Werkstück in zumindest einer Halterichtung gehalten wird. Vorteilhafterweise ist zumindest eine Halterichtung die Z-Richtung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Aufspannvorrichtung dann so realisiert sein, dass das Werkstück auf den festen Auflageelementen aufliegt und dazwischen auf den adaptiven Spannvorrichtungen aufliegt. Das Werkstück wird also von den Auflageelementen und den Spannvorrichtungen in Z-Richtung gehalten.
Erfindungsgemäß sind die adaptiven Spannvorrichtungen so ausgestaltet, dass der jeweilige Haltebereich der entsprechenden Spannvorrichtung beweglich ist. Dabei können die Spannvorrichtungen so ausgestaltet und angeordnet sein, dass die Haltebereiche beim Auflegen des Werkstücks auf die festen Auflageelemente durch das Werkstück bewegt werden. Die Spannvorrichtungen sind in diesem Fall also so angeordnet und ausgestaltet, dass das Werkstück beim Auflegen auf die Auflageelemente zuerst mit den Haltebereichen der adaptiven Spannvorrichtungen in Berührung kommt und im weiteren Verlauf des Auflegens diese so lange bewegt, bis das Werkstück auf den festen Auflageelementen aufliegt. Die adaptiven Spannvorrichtungen können aber auch so ausgestaltet und angeordnet sein, dass das Werkstück beim Auflegen auf die festen Auflageelemente die Haltebereiche noch nicht berührt, wenn das Werkstück auf den festen Auflageelementen aufliegt und die Haltebereiche nach dem Auflegen auf die festen Auflageelemente an das Werkstück heranbewegt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die adaptiven Spannvorrichtungen jeweils ein festes Element aufweisen, gegenüber dem die Haltebereiche der entsprechenden Spannvorrichtung beweglich sind. Auf diese Weise können die festen Auflageelemente zusammen mit den festen Elementen der adaptiven Spannvorrichtungen fest fixiert sein, beispielsweise auf einer Auflagefläche, und die Haltebereiche können sich flexibel an das Werkstück anpassen.
Vorteilhafterweise kann das Werkstück an den festen Auflageelementen in zumindest einer Richtung fixierbar sein. Das Werkstück ist hierbei vorteilhafterweise in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung fixierbar, also in horizontaler Richtung, wenn die Z-Richtung als vertikal angenommen wird. Auf diese Weise kann ein Verschieben des Werkstücks verhindert werden. Ist das Werkstück ein längliches Werkstück, so kann eine solche Fixierung beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die festen Auflageelemente eine Vertiefung aufweisen, in der das Werkstück liegt. Diese Vertiefung kann insbesondere eine Rinne sein, so dass das Werkstück in Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung fixiert wird.
Die Formulierung, dass das Werkstück fixierbar in eine Richtung sei, wird hier so verstanden, dass das Werkstück gegen eine Bewegung in diese Richtung fixierbar ist.
Besonders vorteilhaft ist das Werkstück auf den festen Auflageelementen so fixierbar, dass es nicht von den Auflageelementen angehoben werden kann. Die Fixierung kann also in Z-Richtung bzw. vertikaler Richtung gegeben sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Werkstück außerdem an den Haltebereichen der adaptiven Spannvorrichtungen fixierbar sein. Auch hier kann eine Fixierung in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung vorgesehen sein. Eine Fixierung in Z-Richtung bzw. vertikaler Richtung kann ein Anheben des Werkstücks vom Haltebereich verhindern. Hat das Werkstück eine längliche Form, so kann die Fixierung in horizontaler Richtung dadurch bewirkt werden, dass der Haltebereich eine konkave prismatische Form oder die Form einer Rinne hat, in der das Werkstück liegt. Vorteilhafterweise kann der Haltebereich so ausgestaltet sein, dass das Werkstück darin formschlüssig liegt. Aufgrund beispielsweise einer Verwindung oder Krümmung des Werkstückes kann es jedoch auch sein, dass das Werkstück nur linienförmigen oder punktförmigen Kontakt mit dem Haltebereich hat. Bevorzugt kann in diesem Fall eine Ausgestaltung sein, bei welcher die Form des Haltebereichs der Sollform des Werkstücks im Querschnitt entspricht, so dass das Werkstück formschlüssig im Haltebereich läge, wenn es seine Sollform hätte, selbst wenn es aufgrund der Verwindung oder Krümmung tatsächlich nur punkt- oder linienförmig anliegt. Allgemein ist es bevorzugt, wenn die Auflage so gestaltet ist, dass das Werkstück einen Kontakt mit dem Haltebereich hat, dass eine Kraftwirkung auf das Werkstück hinreichend ist, um das Werkstück zu fixieren. Wird das Werkstück beispielsweise mittels Magneten fixiert so ist vorzugsweise der Kontakt zum Haltebereich so, dass die Magnetkraft zur Fixierung ausreichend ist. Alternativ kann die Fixierung z.B. mittels rückstandsfreier Klebung oder Festfrieren erfolgen.
Wie oben ausgeführt, können die Haltebereiche gegenüber der entsprechenden Spannvorrichtung bewegbar sein. Vorteilhafterweise sind dabei die Haltebereiche in Z-Richtung bewegbar, so dass sie auf das Werkstück zu bewegt werden können oder vom Werkstück beim Auflegen bewegt werden können. Vorteilhaft können die Haltebereiche außerdem in einer zur Z-Richtung senkrechten Richtung bewegbar sein, die besonders bevorzugt senkrecht zu einer Geraden liegt, welche die beiden festen Auflageelemente verbindet, zwischen denen die entsprechende Spannvorrichtung angeordnet ist. Diese Richtung soll hier allgemein als Y-Richtung bezeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können außerdem die Haltebereiche drehbar sein. Die Drehbarkeit kann dabei um eine Achse bestehen, die parallel zur Geraden liegt, die die beiden festen Auflageelemente verbindet. Auf diese Weise kann sich der Haltebereich, wenn das Werkstück eine längliche Form hat, einer Torsion des Werkstücks anpassen. Die Drehbarkeit kann alternativ oder zusätzlich auch um die Z-Achse bestehen, so dass, wenn das Werkstück ein längliches Werkstück ist, sich der Haltebereich einer Krümmung des Werkstücks anpassen kann. Für bestimmte Anwendungen kann auch eine Drehbarkeit um die Y-Achse vorteilhaft sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Haltebereiche der adaptiven Spannvorrichtungen in Z-Richtung über die festen Auflageelemente hinausstehen, solange das Werkstück nicht in die Aufspannvorrichtung aufgenommen ist. Wird dann das Werkstück auf die Auflageelemente aufgelegt, so berührt es zunächst die Haltebereiche der adaptiven Spannvorrichtungen. Die Auflageelemente berührt es vorzugsweise erst, nachdem es mit allen Haltebereichen in Kontakt ist. Auf diese Weise kann eine sichere Unterstützung des Werkstücks durch alle adaptiven Spannvorrichtungen sichergestellt werden, wenn das Werkstück auf den festen Auflageelementen aufliegt.
Vorteilhafterweise sind die adaptiven Spannvorrichtungen sperrbar oder arretierbar. Durch die Arretierung kann eine weitere Bewegung der Haltebereiche in einem oder mehreren Freiheitgraden oder in alle Richtungen verhindert werden. Zum Beispiel kann eine Verschiebung in Y-Richtung oder eine Drehbewegung verhinderbar sein, während aber eine Verschiebung in Z-Richtung möglich ist. Liegt also das Werkstück auf den festen Auflagelementen und den Haltebereichen der Spannvorrichtungen auf, so können die Spannvorrichtungen gesperrt werden, so dass das Werkstück festgehalten wird und zum Beispiel in horizontaler bzw. Y-Richtung, optional auch in vertikaler bzw. Z-Richtung nicht weiter beweglich ist.
Um die Bewegbarkeit der Haltebereiche der adaptiven Spannvorrichtungen zu ermöglichen, können die adaptiven Spannvorrichtungen Kraftelemente aufweisen. Dabei sollen hier sowohl aktive Elemente, wie beispielsweise Hydraulikzylinder, als auch passive Elemente, wie beispielsweise Federn als Kraftelemente verstanden werden. Vorteilhafterweise weist dann die jeweilige Spannvorrichtung zumindest ein Kraftelement für jede Richtung auf, in welcher der entsprechende Haltebereich gegenüber der entsprechenden Spannvorrichtung bewegbar ist. Die Kraftelemente können dann eine Kraft auf den Haltebereich ausüben, welche diesen in die entsprechende Richtung rückt. Ist das Werkstück in der Aufspannvorrichtung eingelegt, so kann das entsprechende Kraftelement den Haltebereich also in die entsprechende Richtung gegen das Werkstück drücken.
Vorteilhafterweise können die Kraftelemente beispielsweise Federpakete, Hydraulikzylinder und/oder Pneumatikzylinder sein.
Die Kraft, welche die Kraftelementen ausüben, ist vorteilhafterweise so bemessen, dass sie die Haltebereiche mit dem Werkstück in sicheren Kontakt bringen, das Werkstück jedoch nicht verformt.
Die festen Auflageelemente und/oder die Haltebereiche der adaptiven Spannvorrichtungen können jeweils eine konkave prismenförmige Aufnahme für das Werkstück aufweisen. Eine solche kann beispielsweise eine Rinne sein. Eine solche Aufnahme ist besonders vorteilhaft, wenn das Werkstück eine längliche Form hat. Vorteilhafterweise kann diese konkave Aufnahme so ausgestaltet sein, dass das Werkstück formschlüssig darin liegt, wenn es in der Aufspannvorrichtung aufgespannt ist. Vorteilhafterweise verlaufen parallele Seitenwände der konkaven prismenförmigen Aufnahme hier parallel zu jener Geraden, die sich von einem der festen Auflageelemente zum anderen der festen Auflageelemente erstreckt. Sofern das Werkstück länglich ist, jedoch eine gebogene Form aufweist, können die parallelen Seitenwände jedoch vorteilhaft auch so gedreht werden, dass sie parallel oder tangential zur Längsrichtung des Werkstücks an jenem Ort verlaufen, an dem der entsprechende Haltebereich das Werkstück aufnimmt.
Besonders geeignet ist für längliche Werkstücke mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eine prismenförmige konkave Aufnahme, die zwei in einem Winkel zueinander, vorzugsweise einem rechten Winkel zueinander stehende Seitenwände aufweist, die parallel zur genannten Geraden verlaufen. Hat das Werkstück einen parallelogrammförmigen Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse, so kann der Winkel zwischen den Seitenwänden gleich sein zu einem der Winkel des Parallelogramms. Die beschriebene Ausgestaltung der Erfindung erlaubt es, längliche Werkstücke mit entsprechendem Querschnitt sicher zu halten und erlaubt außerdem die gleichzeitige Bearbeitung aller Flächen, die nicht an den Seitenwänden der Haltebereiche anliegen. Auf diese Weise kann das Werkstück in zwei Schritten vollständig bearbeitet werden. Das Werkstück kann hierfür zunächst wie beschrieben in die Haltebereiche eingelegt werden, dann auf seinen gegenüberliegenden Seiten bearbeitet werden, anschließend um seine Längsachse um 180° gedreht werden, wieder in die Haltebereiche eingelegt werden und auf seiner gegenüberliegenden Seite bearbeitet werden.
Um die Fixierung des Werkstücks an den Auflageelementen und/oder den Haltebereichen zu ermöglichen, können diese Fixierungsmittel aufweisen. Vorteilhafterweise können solche Fixierungsmittel Magneten aufweisen oder sein, besonders bevorzugt zumindest einen Elektromagneten oder zumindest einen Elektropermanentmagneten. Letzterer hat den Vorteil, dass das Werkstück auch im Falle eines Stromausfalls sicher gehalten werden kann. Beispielsweise kann unterhalb des Haltebereichs der Elektromagnet oder Elektropermanentmagnet angeordnet sein und dessen Magnete durch Magnetpolverlängerungen zum jener Oberfläche des Haltebereichs geleitet werden, auf welcher das Werkstück aufliegt. Die dem Werkstück zugewandte Oberfläche der Magnetpolverlängerung kann vorzugsweise die Oberfläche des Haltebereichs, auf der das Werkstück aufliegt, schlüssig fortsetzen, also mit dieser Oberfläche in einer gemeinsamen Ebene liegen. Möglich ist auch, dass der Haltebereich selbst aus Magnetpolverlängerungen zusammengesetzt ist, welche das Magnetfeld des Magneten leiten.
Wie beschrieben, können die Haltebereiche vorteilhafterweise gegenüber den entsprechenden adaptiven Spannvorrichtungen sperr- bzw. arretierbar sein. Hierzu kann die entsprechende Spannvorrichtung Sperrmittel aufweisen, wie beispielsweise einen Hydraulikzylinder. Es sind jedoch auch elektromechanische und/oder pneumatische Sperrmittel möglich. Allgemein können in Kombination z. B. auch mechanische/elektronische oder mechanische/pneumatische Mittel eingesetzt werden. Die Sperrung bzw. Arretierung kann so ausgestaltet sein, dass durch sie alle Freiheitsgrade sperrbar sind, in denen der Haltebereich beweglich ist. Sie kann aber auch so ausgestaltet sein, dass nur die Bewegung des Haltebereichs in einer oder einigen der Freiheitsgerade seiner Bewegung arretierbar ist, während die Bewegbarkeit in seinen anderen Freiheitsgraden erhalten bleibt.
Es kann darüberhinaus auch zumindest eine, mehrere oder alle der adaptiven Spannvorrichtungen eine Arretierungsvorrichtung aufweisen, mit der der Haltebereich arretierbar ist. Durch eine solche Arretierung kann einer oder mehrere der adaptiven Spannvorrichtungen als festes Auflageelement im vorstehend beschriebenen Sinne eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung flexibel auch für unterschiedlich lange Werkstücke oder zur gleichzeitigen Aufspannung mehrerer kleinerer Werkstücke in deren Längsrichtung hintereinander verwendet werden.
Vorzugsweise sind zwischen den festen Auflageelementen eine Mehrzahl, besonders bevorzugt 3, 5, 7 oder mehr der adaptiven Spannvorrichtungen angeordnet.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eignen sich besonders für lange schlanke Werkstücke. Allgemein wird unter einem langen Werkstück ein solches Werkstück verstanden, das eine längliche Form hat, das also in einer Richtung eine größere Ausdehnung hat, als in den beiden hierzu senkrechten Richtungen. Bevorzugterweise ist in diesem Fall die längere Richtung zumindest doppelt so lang, vorzugsweise zumindest fünfmal so lang, wie die größere der beiden hierzu senkrechten Richtungen. Besonders bevorzugt kann das Werkstück eine prismatische Form haben, also eine Form, die durch Parallelverschiebung eines Vielecks entsteht. Die genannte Form sei dabei die Sollform des Werkstücks. Da die Erfindung der Handhabung verzogener und/oder gebogener Werkstücke dient, sollen auch solche Werkstücke als prismatisch angesehen werden, deren Sollform prismatisch ist, deren tatsächliche Form aber fertigungsbedingt durch Biegung und/oder Torsion von dieser Sollform abweicht.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Bearbeitungsvorrichtung angegeben, welche eine wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Aufspannvorrichtung aufweist. Die Bearbeitungsvorrichtung weist darüber hinaus zumindest ein Bearbeitungselement auf, mit welchem ein in der Aufspannvorrichtung aufgespanntes Werkstück bearbeitbar ist. Vorteilhafterweise kann die Bearbeitungsvorrichtung eine Schleifvorrichtung oder eine Zerspanungsvorrichtung sein. Hat das Werkstück eine prismatische Form, so kann die Bearbeitungsvorrichtung besonders vorteilhaft zumindest eine Schleifscheibe aufweisen oder sein, die so ausgestaltet ist, dass sie jene Oberflächen des Werkstücks, die nicht mit den Haltebereichen und den Auflageelementen in Kontakt sind, gemeinsam so schleift, dass diese Flächen ihre Sollform annehmen, also beispielsweise gerade verlaufen.
Die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung kann jedoch auch verwendet werden, um Werkstücke auf andere Weise zu bearbeiten, beispielsweise um Taschen zu Fräsen oder zu bohren.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks angegeben, das besonders vorteilhaft mit einer Aufspannvorrichtung durchführbar ist, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück auf zumindest zwei feste Auflageelemente aufgelegt. Außerdem wird zumindest ein Haltebereich zumindest einer Spannvorrichtung, die zwischen den festen Auflageelementen angeordnet ist, beim Auflegen des Werkstücks durch das Werkstück bewegt oder nach dem Auflegen des Werkstücks auf die festen Auflageelemente an das Werkstück heran bewegt. Vorteilhafterweise kann das Werkstück dann an den Auflageelementen in zumindest einer Richtung, besonders bevorzugt allen Richtungen, fixiert werden und/oder an den Haltevorrichtungen in einer oder allen Richtungen fixiert werden.
Bevorzugt wird dabei der Haltebereich der Spannvorrichtungen jeweils so an das Werkstück heran bewegt, dass das Werkstück formschlüssig im oder am Haltebereich liegt, aber nicht durch Kraftwirkung der entsprechenden Spannvorrichtung verformt wird.
Bevorzugterweise wird, nachdem das Werkstück auf den Auflageelementen aufliegt und die Haltebereiche an dem Werkstück anliegen, die Spannvorrichtungen gegen weitere Bewegungen der Haltebereiche gesperrt.
Sind zwischen den Auflageelementen eine Vielzahl von adaptiven Spannvorrichtungen angeordnet, so ist es möglich, auch mehrere Werkstücke gleichzeitig aufzuspannen. Hierzu können einige der adaptiven Aufspannvorrichtungen gesperrt werden, so dass der Haltebereich nicht beweglich ist und es kann dann jeweils ein Werkstück zwischen zwei gesperrten Spannvorrichtungen und/oder einem Auflageelement und einer gesperrten Spannvorrichtung angeordnet werden. Es wird hierdurch also möglich, mehrere, aber kürzere Werkstücke gleichzeitig aufzuspannen.
Die vorstehend zur erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung gemachten Aussagen gelten für das Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks analog.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks angegeben, wobei das Werkstück mit einem Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks wie vorstehend beschrieben aufgespannt wird und dann das Werkstück auf zumindest einer seiner den Auflageelementen und den Haltebereichen abgewandten Seiten bearbeitet wird. Vorteilhafterweise kann die Bearbeitung eine materialabtragende Bearbeitung sein, durch welche die bearbeiteten Seiten begradigt werden und/oder zu einer Geraden parallel geformt werden, die die beiden Auflageelemente verbindet. Möglich ist vorteilhaft auch, das Werkstück wie vorstehend beschrieben aufzuspannen und andere Operationen wie zum Beispiel Fräsen, Bohren, Gewinden usw. alternativ oder zusätzlich durchzuführen.
Die Erfindung erlaubt eine besonders schnelle Bearbeitung länglicher Werkstücke. Hierzu können in einer vorteilhaften Ausgestaltung entlang einer Geraden zunächst eine erfindungsgemäße Aufspannrichtung angeordnet sein, daran entlang der Geraden anschließend eine Vorrichtung zum Drehen des Werkstücks um seine Längsachse und daran anschließend eine weitere Aufspannvorrichtung, die optional eine erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung sein kann. Die weitere Aufspannvorrichtung muss in vielen Anwendungsfällen nicht notwendigerweise eine erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung sein, da zum Beispiel für den Fall, dass die Bearbeitung vor dem Drehen eine Begradigung ist, das Werkstück nach dem Drehen mit seinen begradigten Seiten in der weiteren Aufspannvorrichtung aufliegt, so dass es automatisch gerade liegt. In einer solchen Anordnung kann das längliche Werkstück zunächst in der ersten Aufspannvorrichtung aufgespannt werden und seine zugänglichen Seiten bearbeitet werden, wie dies vorstehend ausgeführt wurde. Das Werkstück kann dann in seiner Längsrichtung aus der ersten Aufspannvorrichtung heraus bewegt werden und so gedreht werden, dass beim Einführen des Werkstücks entlang seiner Längsrichtung in die zweite Aufspannvorrichtung die bisher unbehandelten Seiten der entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung zugewandt liegen, so dass nun die bisher unbehandelten Seiten bearbeitet werden können. Auf diese Weise können sehr schnell alle Seiten eines länglichen Werkstücks bearbeitet werden.
Eine besonders schnelle Bearbeitung eines Werkstücks kann auch mit nur einer Aufspannvorrichtung realisiert werden. Hierzu kann das Werkstück zunächst in der Aufspannvorrichtung aufgespannt sein und seine zugänglichen Seiten bearbeitet werden. Es kann dann eine Handhabungsvorrichtung das Werkstück anheben, um seine Längsachse drehen und wieder in die Aufspannvorrichtung ablegen, wobei die Drehung und das Ablegen so erfolgt, dass nun die bisher nicht zugänglichen Seiten des Werkstücks der Behandlungsvorrichtung zugewandt liegen und bearbeitet werden können.
Im Folgenden soll die Erfindung einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen genannten Merkmale können auch unabhängig vom entsprechenden Beispiel realisiert sein und zwischen den Beispielen kombiniert werden.
Es zeigt
1 beispielhafte Abweichungen eines Vierkantstabs von einer Sollform,
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung,
3 eine erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung in Draufsicht und Seitenansicht,
4 eine adaptive Spannvorrichtung, wie sie in der erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung zum Einsatz kommen kann,
5 schematisch eine Bearbeitung, wie sie erfindungsgemäß durchgeführt werden kann,
6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung für flache längliche Werkstücke,
7 einen Schnitt durch die in 6 gezeigte Vorrichtung,
8 einen Schnitt mit einer zur XZ-Ebene parallelen Schnittrichtung durch die in 4 gezeigte Vorrichtung,
9 einen Schnitt in einer zur YZ-Ebene parallelen Ebene durch die in 4 gezeigte Vorrichtung, und
10 einen Schnitt durch die in 4 gezeigte Vorrichtung in zwei zur XZ-Richtung parallelen Ebenen.
1 zeigt ein Werkstück 1. Das Werkstück 1 ist im oberen Teilbild im Schnitt gezeigt und im unteren Teilbild in einer Seitenansicht. Das Werkstück 1 ist hier beispielsweise ein warm gewalzter Vierkantstab aus Stahl, der fertigungsbedingt Abweichungen von der Rechtwinkligkeit aufweist. Dabei ist u die Winkelabweichung/Winkelverschiebung zum rechten Winkel nach DIN EN 10059, wie im oberen Teilbild zu erkennen. Nach DIN EN 10059 ist im unteren Teilbild q die Geradheit des Werkstücks 1 in Bezug auf die gesamte Länge L. Die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung erlaubt es, beispielsweise solche Werkstücke 1 adaptiv aufzuspannen.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung zur Aufspannung zumindest eines Werkstücks 1.
Die gezeigte Aufspannvorrichtung weist ein erstes festes Auflageelement 2a und ein zweites festes Auflageelement 2b auf, auf welche ein Werkstück 1 auflegbar ist. Zwischen den festen Auflageelementen 2a und 2b sind im gezeigten Beispiel sieben adaptive Spannvorrichtungen 3a bis 3g angeordnet. Jede der adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g weist jeweils einen Haltebereich 4a bis 4g auf, an dem das Werkstück in zumindest einer Halterichtung haltbar ist. Die adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g sind so ausgestaltet, dass der jeweilige Haltebereich 4a bis 4g beim Auflegen des Werkstücks 1 auf die festen Auflageelemente 2a und 2b bewegt wird oder nach dem Auflegen des Werkstücks 1 auf die festen Auflageelemente 2a und 2b an das Werkstück 1 bewegt werden kann.
Im gezeigten Beispiel sind die festen Auflageelemente 2a und 2b sowie die adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet. Diese gemeinsame Gerade ist parallel zu einer Längsrichtung des Werkstücks 1. Bei in ihrer Sollform gebogenen Werkstücken könnten die festen Auflageelemente 2a und 2b und die adaptiven Spannvorrichtungen auf einer die Biegung beschreibenden Kurve angeordnet sein. Die festen Auflageelemente 2a und 2b sowie die adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g sind im gezeigten Beispiel auf einer gemeinsamen Schiene 5 befestigt.
3 zeigt die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung nach 2 in einer Seitenansicht (oben) und einer Draufsicht (unten).
Die Haltebereiche 4a bis 4g der adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g sind im gezeigten Beispiel so ausgestaltet, dass sie zum einen in einer vertikalen Richtung beweglich sind, die hier die Z-Achse darstellt. Diese Beweglichkeit ist im oberen Teilbild für die adaptive Spannvorrichtung 3d eingezeichnet, besteht aber für die anderen Spannvorrichtungen 3a bis 3g entsprechend.
Darüber hinaus sind die Haltebereiche 4a bis 4g in einer horizontalen Richtung senkrecht zur Längsachse des Werkstücks 1 beweglich, die hier als Y-Achse bezeichnet werden soll. Diese Beweglichkeit ist im unteren Teilbild für die adaptive Spannvorrichtung 3d eingezeichnet und besteht für die anderen Spannvorrichtungen 3a bis 3g entsprechend.
Die gezeigte Aufspannvorrichtung erlaubt eine flexible Anpassung an die Kontur des Werkstücks. Die festen Auflagen 2a und 2b erlauben eine Zentrierung der Stange 1 an den Enden. Die festen Auflageelemente 2a und 2b besitzen hier eine definierte Höhe und Lage quer zum zu bearbeitenden Werkstück 1. Damit das Werkstück 1 nicht zwischen den festen Auflageelementen 2a und 2b nachgibt, stützen die adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g das Werkstück ab. Auf diese Weise kann eine Qualität im hundertstel Millimeterbereich ermöglicht werden. Dabei kann das Werkstück 1 zwischen den festen Enden 2a und 2b gehalten werden, ohne es in seiner Position zu verschieben oder zu verspannen.
Die Haltebereiche 4a bis 4g können außerdem drehbar sein. Vorteilhafterweise besteht dabei die Drehbarkeit zum einen um eine zur Längsachse des Werkstücks 1 parallele Achse, so dass sich die Haltebereiche an Torsionen des Werkstücks 1 anpassen können. Die Haltebereiche können also um die X-Richtung drehbar sein. Um Biegungen des Werkstücks berücksichtigen zu können, können die Haltebereiche auch optional um die Z-Achse drehbar sein. Für bestimmte Anwendungen kann auch eine Drehbarkeit um die Y-Achse vorgesehen werden.
Der in den 2 und 3 gezeigte Zustand des aufgespannten Werkstücks 1 kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Zum einen können die Spannvorrichtungen 3a bis 3g so ausgestaltet sein, dass die Haltebereiche 4a bis 4g in Z-Richtung über die festen Auflageelemente 2a und 2b hinausstehen, so dass das Werkstück 1 beim Auflegen zunächst die Haltebereiche 4a bis 4g berührt und diese solange bewegt, bis das Werkstück 1 auf den festen Elementen 2a und 2b aufliegt. Alternativ können die Spannvorrichtungen 3a bis 3g so ausgestaltet sein, dass die Haltebereiche 4a bis 4g zunächst in Z-Richtung hinter den festen Auflagen 2a und 2b liegen, das Werkstück 1 dann auf die festen Auflagen 2a und 2b aufgelegt wird und anschließend die Haltebereiche 4a bis 4g an das Werkstück 1 heran bewegt werden.
4 zeigt beispielhaft eine adaptive Spannvorrichtung 3, wie sie in den in den 2 und 3 gezeigten Beispielen zum Einsatz kommen kann. Die adaptive Spannvorrichtung 3 weist einen Haltebereich 4 auf, in den das Werkstück 1, das hier nicht gezeigt ist, einlegbar ist. Der Haltebereich 4 hat hier zwei Flächen 6, die, wenn das Werkstück im Haltebereich 4 liegt, das Werkstück kontaktieren. Die Flächen 6, von denen in 4 aufgrund der Perspektive nur die hintere zu erkennen ist, verlaufen parallel zu einer Längsrichtung, welche die Längsrichtung des Werkstücks 1 ist, und stehen im gezeigten Beispiel im rechten Winkel zueinander. Allgemein entspricht der Winkel zwischen den Flächen 6 dem Winkel zwischen den entsprechenden Flächen des Werkstücks. Der Haltebereich 4 weist im gezeigten Beispiel zwei Auflagen bzw. Prismen 9a und 9b auf, die das Werkstück 1 mit ihren Oberflächen 6a und 6b kontaktieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Haltebereich 4 auch Flächen beliebiger anderer prismatischer Formen 6 haben kann. Hat beispielsweise das Werkstück eine kreisförmige Querschnittsfläche, so kann der Haltebereich 4 anstelle der Flächen 6a und 6b auch eine kreisförmige Fläche 6 aufweisen. Beliebige andere Formen sind möglich. Auch hier kann die Flächen 6a und 6b durch Auflagen 9a und 9b gebildet werden.
Der Haltebereich 4 ist gegenüber einem Grundkörper der adaptiven Spannvorrichtung 3 nach oben und unten, also in vertikaler Richtung bzw. Z-Richtung bewegbar. Die in 4 gezeigte adaptive Spannvorrichtung 3 weist einen Drehknopf 7 auf, mit dem die Bewegung des Haltebereichs 4 arretierbar ist. Der Knopf 7 ist hier als manuell bedienbarer Sechskantknopf ausgestaltet, er kann jedoch auch elektronisch, hydraulisch oder pneumatisch gestaltet sein.
Die in 4 gezeigte Spannvorrichtung weist Kraftelemente 8a und 8b auf, die beispielsweise Federpakete oder Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder sein können. Durch diese Kraftelemente 8a und 8b kann auf den Haltebereich 4 eine Kraft ausgeübt werden, mit welcher dieser an ein Werkstück 1 bewegbar und/oder drückbar ist.
Die in 4 gezeigte Spannvorrichtung weist außerdem einen Elektropermanentmagneten 41 auf, der unterhalb des Haltebereichs 4 angeordnet ist und diesen im gezeigten Beispiel trägt. Der Elektropermanentmagnet 41 ist hier Teil eines Fixierungsmittels, mit dem das Werkstück im Haltebereich 4 fixierbar ist. Die in 4 gezeigte Spannvorrichtung weist die Auflagen 9a und 9b bzw. Prismen 9a und 9b auf, die auf den Elektropermanentmagneten 41 aufgeschraubt sind. Diese setzen den Haltebereich 4 zusammen. Diese Auflagen 9a und 9b bzw. Prismen 9a und 9b sind dann ebenfalls Teil des Fixierungsmittels, mit dem das Werkstück im Haltebereich 4 fixierbar ist. Die Auflagen 9a und 9b wirken hier als Polverlängerungen, um das Magnetfeld des Elektropermanentmagneten 41 zum Werkstück zu leiten. Das Magnetfeld kann zum Beispiel durch eine Auflage 9a zum Werkstück geleitet werden, dann durch das Werkstück verlaufen und durch die andere Auflage 9b zurück zum Magneten 41 geleitet werden. In dem gezeigten Beispiel haben die Auflagen 9a und 9b bzw. Prismen 9a und 9b die Oberflächen 6a und 6b, mit denen sie jeweils an der Oberfläche des Werkstücks 1 anliegen, wenn dieses im Haltebereich 4 liegt. Sie können dann das Werkstück 1 in dieser Position halten.
5 zeigt schematisch einen Schnitt senkrecht zur Längsachse 1 des Werkstücks 1 (also in der YZ-Ebene) durch die erfindungsgemäße Haltebereiche 4 einer Spannvorrichtung 3 wie in den 2 bis 4 gezeigt. Das Werkstück 1 hat dabei einen quadratischen Querschnitt und weist vier Oberflächen auf, die mit den Zahlen 51 bis 54 gekennzeichnet sind. In 5 ist außerdem ein Bearbeitungselement 10 gezeigt, mit dem das Werkstück 1 auf seinen freien Flächen 53 und 54 bearbeitbar ist. Das Bearbeitungsmittel 10 kann beispielsweise eine Schleifscheibe sein.
Das Werkstück 1 ist hierbei ein längliches Werkstück, das in seiner Längsrichtung (der X-Richtung) eine deutlich längere Ausdehnung hat, als in den beiden hierzu senkrechten Richtungen(Y und Z).
Das in 5 gezeigte Beispiel erlaubt eine besonders schnelle und effiziente Bearbeitung von prismatischen Werkstücken 1, für welche das in 5 gezeigte Werkstück 1 ein Beispiel ist. Das Werkstück kann hierzu mit zwei seiner Flächen 51 und 52 in den Haltebereich 4 der Spannvorrichtungen 3 eingelegt werden, so dass diese Flächen 51 und 52 an den Oberflächen 6 des Haltebereichs 4 anliegen. Das Werkstück 1 liegt dabei im gezeigten Beispiel formschlüssig im Haltebereich 4, wobei Formschluss hier so verstanden wird, dass er insoweit vorliegt, wie das Werkstück 1 seine Soll-Form hat. Weist das Werkstück 1 eine Abweichung von seiner Soll-Form auf, so kann das Werkstück 1 tatsächlich zum Beispiel einen linienförmigen oder punktförmigen Kontakt haben. Die gegenüberliegenden Oberflächen 53 und 54 sind frei zugänglich und können gemeinsam und gleichzeitig durch das Werkzeug 10 bearbeitet werden. Nach Bearbeitung des Werkstücks 1 in dieser Position kann das Werkstück um 180° um seine Längsachse (also die X-Richtung) gedreht werden und die zwei gegenüberliegenden Seiten 51 und 52 gemeinsam und gleichzeitig durch das Werkzeug 10 bearbeitet werden. Auf diese Weise können alle Seiten eines prismatischen Werkstücks 1 in nur zwei Schritten vollständig bearbeitet werden. Durch die Bearbeitung mittels des Werkzeugs 10 können insbesondere die entsprechend bearbeiteten Oberflächen 51 bis 54 begradigt werden.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung. Die gezeigte Vorrichtung entspricht jener in den 2 und 3 gezeigten mit dem Unterschied, dass die in 6 gezeigte Vorrichtung zum Aufspannen flacher länglicher Werkstücke 1 eingerichtet ist. Soweit die in 6 gezeigte Vorrichtung mit der in den 2 und 3 gezeigten übereinstimmt, soll auf die Beschreibung dort verwiesen werden. Im in 6 gezeigten Beispiel hat das Werkstück 1 die Form eines länglichen Quaders. Dieser liegt mit einer seiner Seitenflächen auf den Oberflächen der Haltebereiche 4a bis 4g auf. Während in den 2, 3 und 4 die Haltebereiche zwei in einem Winkel zueinander stehende Oberflächen 6a und 6b haben, auf denen das Werkstück aufliegt, haben die Haltebereiche 4a bis 4g in 6 jeweils eine oder zwei Oberflächen 6a und 6b, die sich in zur XY-Ebene parallelen Ebenen erstrecken und auf denen das Werkstück 1 aufliegt. Sind, wie in 6 zu erkennen, jeweils zwei Oberflächen 6a und 6b der Haltebereiche 4 vorgesehen, so können diese in einer gemeinsamen Ebene liegen oder in zueinander parallelen Ebenen, die gegeneinander in Z-Richtung versetzt sind, wie in 7B zu erkennen. Auch die festen Auflageelemente 2a und 2b haben in 6 eine oder zwei sich in zur XY-Ebene parallelen Ebenen erstreckende Oberflächen 6a und 6b, auf der jeweils das Werkstück 1 aufliegt. Im Falle zweier Flächen 6a und 6b können diese ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene liegen oder in zwei parallelen in Z-Richtung versetzten Ebenen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Frage, wie die Haltebereiche ausgestaltet sind, zum einen von der Form des Werkstückes 1 abhängt, zum anderen aber auch davon, welche Oberflächen des Werkstückes bearbeitet werden sollen. Zum Beispiel kann ein Werkstück mit rechteckigem Querschnitt wie in 6 gezeigt auch in einer Aufspannvorrichtung aufgespannt werden, wie sie in 2, 3 oder 4 gezeigt ist. Dort lägen dann zwei der Oberflächen zur Bearbeitung oben.
7 zeigt einen Schnitt in der YZ-Ebene durch die in 6 gezeigte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung. Dabei bezeichnet 3 eine der adaptiven Spannvorrichtungen 3a bis 3g und 4 einen der Haltebereiche 4a bis 4g in 6.
In 7A ist die in 6 gezeigte Konfiguration zu erkennen, bei der ein Werkstück 1 mit einer in der XY-Ebene liegenden Oberfläche auf den Haltebereichen 4 aufliegt. Der Haltebereich 4 hat hier zwei Auflagen 9a und 9b, die in 7A gleich groß sind und deren dem Werkstück 1 zugewandte Oberflächen 6a und 6b in einer gemeinsamen Ebene liegen, die zur XY-Ebene parallel ist. Die Auflagen 9a und 9b können als Fixierungsmittel fungieren. Hierzu können sie Polverlängerungen eines unterhalb angeordneten Magneten 73, zum Beispiel eines Elektropermanentmagneten 73 oder Elektromagneten 73, sein. Das Magnetfeld kann dann durch eines der Elemente 9a zum Werkstück 1 geleitet werden, dann durch das Werkstück 1 verlaufen und durch das andere Element 9b zurück zum Magneten 73 verlaufen.
Die in 7B gezeigte Konfiguration entspricht jener in 7A gezeigten, mit dem Unterschied, dass die Auflagen 9a und 9b des Haltebereichs 4 unterschiedlich groß sind, so dass jene Oberflächen 6a und 6b, auf denen das Werkstück 1 aufliegt, in unterschiedlichen Ebenen liegen. Auf diese Weise können Werkstücke 1 aufgespannt, werden, die eine in Längsrichtung verlaufenden Stufe aufweisen, so wie es in 7B gezeigt ist.
8 zeigt einen Schnitt durch die in 4 gezeigte adaptive Spannvorrichtung 3 entlang einer im unteren Teil gezeigten Schnittfläche. Die Schnittfläche liegt dabei in einer zur XZ-Ebene parallelen Ebene. Der Elektropermanentmagnet 41 ist auf einer Y-Führungsschiene 43 montiert, auf der er in Y-Richtung beweglich ist. Die Bewegung des Elektropermanentmagneten und damit des Haltebereichs 4 kann durch Druck-/Klemmelemente 81a und 81b, die beispielsweise Hydraulikzylinder sein können, gesperrt werden. Die Druck-/Klemmelemente 81a und 81b sind seitlich am Elektropermanentmagneten 41 angeordnet, und zwar in X-Richtung gegenüberliegend.
9 zeigt im rechten Teilbild einen Schnitt durch die in 4 gezeigte adaptive Spannvorrichtung. Dabei ist die Schnittebene im linken Teilbild der 9 als A-A eingezeichnet. Das linke Teilbild von 9 zeigt eine Seitenansicht in der XZ-Ebene. Die Schnittebene des rechten Teilbilds liegt parallel zur YZ-Ebene.
Wie im linken Teilbild der 9 zu erkennen ist, ist beidseitig in X-Richtung einer der Drehknöpfe 7 angeordnet, mittels derer die Spannvorrichtung 3 arretierbar ist. Über Befestigungselemente 92, die am unteren Rand der adaptiven Spannrichtung angeordnet sind, ist die adaptive Spannvorrichtung 3 beispielsweise auf einem Werktisch oder auf einer Schiene 5 befestigbar. Die adaptive Spannvorichtung weist ein Gehäuse 91 auf, welches das Innere vor äußeren Einwirkungen wie z.B. Kühlschmierstoff und Schmutz schützt. Zwischen dem Elektromagneten und dem Gehäuse kann ein Faltenbalg angeordnet sein, der das Gehäuseinnere abschirmt aber die Beweglichkeit ermöglicht.
Im rechten Bild der 9 ist zu erkennen, dass der Elektropermanentmagnet 41 in einer Z-Führung 92 gelagert ist, die den Elektropermanentmagneten 41 in Z-Richtung führt. Die Z-Führung ist hierbei als Schiene ausgestaltet. Unterhalb der Z-Führung 92 sind beiderseits des Elektropermanentmagneten 41 Ausgleichsfedern 8a und 8b für Z-Ausgleich bzw. kraftloses Anpassen an das Werkstück angeordnet. Die Ausgleichsfedern 8a und 8b sind in einer zur Z-Richtung parallelen Richtung komprimierbar und üben in diese Richtung eine Gegenkraft aus, so dass sie den Elektropermanentmagneten und den Haltebereich 4 tragen.
Im rechten Teilbild der 9 sind außerdem unterhalb des Elektropermanentmagneten 41 angeordnete Ausgleichsfedern 94a und 94b für die Y-Rückstellung zu erkennen. Diese Federn 94a und 94b verlaufen dabei mit ihrer Federachse parallel zur Y-Richtung und sind beiderseits so angeordnet, dass sie eine Kraft in Y-Richtung, jedoch in entgegengesetzter Richtung, ausüben.
10 zeigt im oberen Teilbild einen Schnitt durch die in 4 gezeigte Vorrichtung. Die Schnittfläche C-C verläuft dabei wie im unteren Teil der 10 gezeigt. Die Schnittfläche weist dabei zwei Teile auf, die beide parallel zur XZ-Ebene liegen. Die Schnittebene verläuft durch die linke Hälfte der adaptiven Spannvorrichtung 3 bis zur Mitte und ist dort in Y-Richtung versetzt und verläuft in der rechten Hälfte der Spannvorrichtung 3 wiederum parallel zur XZ-Ebene.
Im oberen Teil der 10 sind zwei Arretierelemente 7a und 7b gezeigt, die dem in 4 gezeigten Arretierelement 7 entsprechen. In 10 ist dabei der offene, nicht arretierte Zustand gezeigt. Die Arretierelemente 7a und 7b sind als Schrauben ausgestaltet, die in X-Richtung schraubbar sind. Wie im unteren Teilbild der 10 zu erkennen, sind die linke und die rechte Schraube in Y-Richtung gegeneinander versetzt. Zu den Arretierelementen 7a und 7b korrespondieren Aussparungen 107a und 107b in Elementen, die mit dem Elektropermanentmagneten 41 verbunden sind. Die Aussparungen 107a und 107b bewegen sich mit dem Elektropermanentmagneten gegenüber den Arretierungsvorrichtungen 7a und 7b. Wenn die Aussparungen 107a und 107b der jeweiligen Arretierungsvorrichtungen 7a und 7b genau gegenüberliegen, können die Arretierungsvorrichtungen 7a und 7b in X-Richtung in die Aussparung 107a und 107b hineinbewegt werden. Sie verhindern dann eine Bewegung des Elektropermanentmagneten 41 und damit auch des Haltebereichs 4 in alle Richtungen. Durch eine solche Arretierung kann die entsprechende adaptive Spannvorrichtung 3 zu einer festen Auflage im oben beschriebenen Sinne gemacht werden. Es können dann beispielsweise mehrere Werkstücke gleichzeitig in der erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung angeordnet werden, die mit ihren Enden entweder auf einer festen Auflage oder einer entsprechend arretierten adaptiven Spannvorrichtung 3 aufliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Eichner, T., Walter, E.: Umformmaschinen. Automatisiertes Teilerichten; Umformtechnik Magazin Ausgabe 1/2012 März und Eichner, T., Hammerschmidt, E., Kup, B.: Automatisches Richten schlanker Bauteile, WB Werkstatt + Betrieb 09/2011, S. 206–210, Carl Hanser Verlag, München, 2011 [0005]
Neugebauer, R. (Hrsg.): Werkzeugmaschinen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012 [0009]
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DIN EN 10059 [0059]
DIN EN 10059 [0059]

Claims

Aufspannvorrichtung zur Aufspannung zumindest eines Werkstücks, aufweisend zumindest zwei feste Auflageelemente, wobei das Werkstück auf die festen Auflageelemente auflegbar ist, sowie zumindest eine adaptive Spannvorrichtung, wobei die zumindest einen adaptiven Spannvorrichtungen jeweils einen Haltebereich aufweisen, an dem das Werkstück in zumindest einer Halterichtung haltbar ist, wobei die zumindest einen adaptiven Spannvorrichtungen so angeordnet und ausgestaltet sind, dass der jeweilige Haltebereich beim Auflegen des Werkstücks durch das Werkstück bewegbar ist oder nach dem Auflegen des Werkstücks auf die festen Auflageelemente an das Werkstück bewegbar ist.
Aufspannvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest zwei festen Auflageelemente und die zumindest einen adaptiven Spannvorrichtungen entlang einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind, wobei der jeweilige Haltebereiche gegenüber der entsprechenden Spannvorrichtung beweglich ist.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine adaptive Spannvorrichtung zwischen den festen Auflageelementen anordnet ist.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück an den festen Auflageelementen in zumindest einer Richtung oder in allen Richtungen fixierbar ist, und/oder wobei das Werkstück an dem Haltebereich in zumindest einer Richtung, oder in allen Richtungen fixierbar ist.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haltebereich jeweils gegenüber der entsprechenden Spannvorrichtung in eine oder zwei zueinander senkrechte Richtungen senkrecht zu einer Geraden bewegbar ist und/oder um diese Richtung drehbar ist, welche Gerade sich von einem der festen Auflageelemente zum anderen der festen Auflageelemente erstreckt, zwischen denen die entsprechende Spannvorrichtung angeordnet ist und/oder wobei der Haltebereich um die besagte Gerade drehbar ist.
Aufspannvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die eine Richtung eine horizontale oder vertikale Richtung ist oder zwei Richtungen eine horizontale Richtung und eine vertikale Richtung sind.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltebereiche der zumindest einen Spannvorrichtungen in einem Zustand, in dem das Werkstück nicht auf den Auflageelementen aufliegt, über eine Gerade, welche Auflagenflächen der Auflageelemente verbindet, überstehen, so dass die besagte Gerade hinter den Haltebereichen verläuft.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest einen Spannvorrichtungen jeweils zumindest ein Kraftelement für jede Richtung aufweisen, in welcher der entsprechende Haltebereich gegenüber der entsprechenden Spannvorrichtung bewegbar ist, wobei die Kraftelemente so angeordnet sind, dass sie eine Kraft auf den entsprechenden Haltebereich ausüben, welche diesen Haltebereich in die entsprechende Richtung gegen das Werkstück drückt, wenn dieses auf den Auflageelementen aufliegt.
Aufspannvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest einige oder alle der Kraftelemente jeweils Federpakete sind.
Aufspannvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige oder alle der Kraftelemente Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder sind.
Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Kraft in Bezug auf das Werkstück so bemessen ist, dass der entsprechende Haltebereich an das Werkstück angedrückt wird ohne es zu verformen und/oder zu verschieben.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die festen Auflageelemente und/oder die Haltebereiche jeweils eine konkave prismenförmige Aufnahme für das Werkstück aufweisen, wobei parallele Seitenwände der konkaven prismenförmigen Aufnahme parallel zu einer Geraden liegen, welche sich von einem der festen Auflageelemente zum anderen der festen Auflageelemente erstreckt.
Aufspannvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die konkave prismenförmige Aufnahme jeweils genau zwei in einem Winkel zueinander stehende Seitenwände aufweist, wobei eine Winkelhalbierende des Winkels parallel liegt zu einer Richtung, in welcher die Haltelemente bewegbar sind oder zur vertikalen Richtung.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die festen Auflageelemente und/oder die Haltebereiche Fixierungsmittel zum Fixieren des Werkstücks an dem Auflageelement oder dem Haltebereich aufweisen.
Aufspannvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Fixierungmittel zumindest ein Magnet ist, vorzugsweise ein Elektromagnet oder ein Elektropermanentmagnet.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest einen Spannvorrichtungen Sperrmittel zur Sperrung von Bewegungen der Haltebereiche aufweisen.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorherhegenden Ansprüche, wobei zumindest eine der adaptiven Spannvorrichtungen Arretierungsmittel zum Arretieren des entsprechenden Haltebereichs aufweisen, so dass die entsprechende adaptive Spannvorrichtung als festes Auflageelement verwendbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung aufweisend eine Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie zumindest ein Bearbeitungselement, mit welchem ein in der Aufspannvorrichtung aufgespanntes Werkstück bearbeitbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Schleifvorrichtung oder eine Zerspanungsvorrichtung ist.
Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks, wobei das Werkstück auf zumindest zwei feste Auflageelemente aufgelegt wird, wobei zumindest ein Haltebereich zumindest einer Spannvorrichtung, beim Auflegen des Werkstücks durch das Werkstück bewegt wird oder nach dem Auflegen des Werkstücks auf die festen Auflageelemente an das Werkstück bewegt wird, wobei die zumindest einen Haltevorrichtungen zwischen den Auflageelementen angeordnet sind, und wobei das Werkstück an den zumindest einen Haltebereichen in zumindest einer Halterichtung fixiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Haltebereich der zumindest einen Spannvorrichtung so an das Werkstück heranbewegt wird, dass das Werkstück formschlüssig im Haltebereich liegt und nicht verformt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei nachdem das Werkstück auf den Auflageelementen aufliegt und die Haltebereiche an dem Werkstück anliegen, die zumindest einen Spannvorrichtungen gegen weitere Bewegungen der Haltebereiche gesperrt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Werkstück ein längliches Werkstück ist, das beim Aufliegen auf den Auflageelementen in Richtung einer gedachten Verbindungsgeraden zwischen den festen Auflageelementen eine größere Ausdehnung hat, als in den dazu senkrechten Richtungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgeführt wird.
Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks, wobei das Werkstück in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 aufgespannt wird und dann das Werkstück zumindest auf seiner den Auflageelementen und den Haltebereichen abgewandten Seite bearbeitet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bearbeitung eine materialabtragende Bearbeitung ist, durch die die bearbeiteten Seiten des Werkstücks zu einer Verbindungsgeraden zwischen den Auflageelementen parallel geformt werden.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei im Anschluss an die Bearbeitung jener den Auflageelementen und den Haltebereichen abgewandten Seiten das Werkstück gedreht wird und in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 so aufgespannt wird, dass jene den bereits bearbeiteten Seiten gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks der Bearbeitung zugänglich sind, und anschließend diese Seiten bearbeitet werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren mit zwei Bearbeitungsvorrichtungen nach einem der Ansprüche 18 oder 19 ausgeführt wird, die so angeordnet sind, dass alle Auflageelemente beider Bearbeitungsvorrichtungen auf einer gemeinsamen Geraden liegen und das Werkstück nach Bearbeitung in der einen der Bearbeitungsvorrichtungen entlang der besagten Geraden aus der Bearbeitungsvorrichtung herausbewegt wird, dann gedreht wird und entlang der besagten Geraden in die andere Bearbeitungsvorrichtung hineinbewegt wird.