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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen beweglichen Haltemechanismus, insbesondere einen Werkstückträger zum festen Fixieren eines Werkstückes während eines Bearbeitungsprozesses, sodass das Werkstück wackelfrei befestigt wird, um eine gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstückes sicherzustellen.
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Stand der Technik
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Für eine halbautomatische bzw. vollautomatische Maschinenbearbeitung eines Werkstücks ist es von großer Bedeutung, dass der Werkstückträger mit dem daran befestigten Werkstück an einem Spannkopf richtig festgehalten bzw. vollständig gelöst wird. Wenn der Werkstückträger nicht richtig an dem Spannkopf positioniert ist, besteht beispielsweise die Gefahr, dass das Werkstück während des mechanischen Bearbeitungsprozesses aus seiner Position verschoben wird, was nicht nur zu einer Toleranzabweichung des zu bearbeitenden Werkstücks führen kann, sondern auch eine schwere Beschädigung des Werkstückes zur Folge haben kann.
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Ein derartiger Haltemechanismus der oben genannten Art wird im Allgemeinen beispielsweise durch eine in der Patentschrift
TW I455790 B vorgestellte Positioniervorrichtung oder eine in der Patentschrift
TW I432282 B vorgestellte Haltevorrichtung bereitgestellt, wobei die beiden Vorrichtungen je einen Spannkopf mit einer Bolzenverriegelung aufweisen, wodurch eine Werkstückpalette lösbar positioniert werden kann. Der genannte Haltemechanismus kann auch ein in der Patentschrift
DE 19636375 A1 offenbarter Schnellverschluss sein. Als eine weitere Möglichkeit kann der genannte Haltemechanismus eine durch die Patentschrift
TW 592882 B (
JP 2003-200326 A ) offenbarte Haltevorrichtung sein, die einen Spannkopf und einen Werkstückträger umfasst, wobei die Haltevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Werkstückträger u. a. lösbar mit dem Spannkopf verbunden werden kann.
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Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, dass bei einem Design der oben genannten Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik vor Allem berücksichtigt wird, dass der Werkstückträger richtig festgehalten bzw. freigegeben werden kann. Jedoch muss der zum Fixieren des Werkstückes dienende Werkstückträger während des Bearbeitungsprozesses in einem wackelfreien Zustand gehalten werden, wenn das zu bearbeitende Werkstück eine präzise Bearbeitung mit geringer Maßtoleranz erfordert, sodass für das Design des Werkstückträgers und der Haltevorrichtung neben der Bereitstellung der Festhaltefunktion außerdem eine hoch präzise Verbindung erforderlich ist. Deswegen muss die Haltevorrichtung bzw. der Werkstückträger so gefertigt werden, dass sie mit einer hohen Genauigkeit in einem Toleranzbereich von unterhalb 0,01 mm miteinander zusammengesetzt werden können, was zwangsläufig zu einer mühsamen und zeitaufwendigen Fertigung führt, wodurch nicht nur die Fertigungskosten erhöht werden, sondern auch eine hohe Ausschussrate bedingt, wobei die Haltevorrichtung bzw. der Werkstückträger neben einer kurzen Lebensdauer ferner eine hohe Defektrate aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt als Hauptaufgabe zugrunde, einen federnd gelagerten Haltemechanismus zu schaffen, insbesondere einen stabil festhaltbaren Werkstückträger, der nicht wackelt, um eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit des an dem Werkstückträger befestigten Werkstückes sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Haltemechanismus, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Durch die Erfindung wird ein beweglicher Haltemechanismus bereitgestellt, der mit einem der festen Fixierung eines Werkstückes dienenden Werkstückträger und einem Spannkopf versehen ist, wobei eine Haltestange bodenseitig an dem Werkstückträger ausgebildet ist. Der Spannkopf lässt sich durch eine Freigabe- bzw. Festhaltebewegung mit der Haltestange des Werkstückträgers verbinden, wobei der Spannkopf eine Grundhalterung umfasst, deren Mitte einen Bewegungsraum aufweist. Eine obere Halterung wird mit Schrauben an einem Öffnungsende der Grundhalterung befestigt. In den Bewegungsraum der Grundhalterung wird ein Kolbensitz eingesetzt. Zwischen dem Kolbensitz und der oberen Halterung wird eine Mehrzahl von elastischen Elementen angebracht, wodurch der Kolbensitz gedrückt wird. In der Mitte des Kolbensitzes wird ein Bewegungssitz eingebaut, der kopfseitig an seiner Außenseite eine ringförmige Schrägfläche aufweist, die an einer Öffnungsstelle eines Durchgangsloches der oberen Halterung begrenzt wird. Außenumfangsseitig an dem Bewegungssitz ist eine Mehrzahl von beweglichen Spannelementen angebracht, die horizontal bewegbar sind. Bodenseitig an dem Kolbensitz ist ein Grundhalterungskörper angebracht. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die beweglichen Spannelemente nach innen bewegen, wenn die Haltestange des Werkstückträgers in den Bewegungssitz eingeführt wird, wobei der Bewegungssitz beweglich ist und nach oben bewegt wird. Durch ein Zusammenwirken der ringförmigen Schrägfläche des Bewegungssitzes mit der Öffnung der oberen Halterung wird der Bewegungssitz nach innen und unten gedrückt, um die Haltestange stabil festzuhalten, wodurch eine Nullpunktspannung zwischen dem Werkstückträger und dem Spannkopf realisiert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus,
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2 eine Schnittansicht eines Spannkopfs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus,
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3 eine Schnittansicht des Spannkopfs (gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus) vor dem Einsetzen eines Werkstückträgers,
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4 eine Schnittansicht des Spannkopfs (gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus) nach dem Einsetzen des Werkstückträgers,
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5 eine Schnittansicht des Spannkopfs (gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus), in den der Werkstückträger eingreift,
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6 eine vergrößerte Teilansicht aus 5,
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7 eine Schnittansicht eines Spannkopfs (gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus) vor dem Einsetzen eines Werkstückträgers,
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8 eine Schnittansicht des Spannkopfs (gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus) nach dem Einsetzen des Werkstückträgers,
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9 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Spannkopfs (gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haltemechanismus), in den der Werkstückträger eingreift, und
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10 eine vergrößerte Teilansicht aus 9.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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In 1 sind ein zum festen Fixieren eines Werkstückes dienender Werkstückträger 1 und ein Spannkopf 2 gemäß der Erfindung dargestellt, wobei der Werkstückträger 1 bodenseitig mit einer Haltestange 11 versehen ist. Der Spannkopf 2 lässt sich durch eine Freigabe- bzw. Festhaltebewegung mit der Haltestange 11 des Werkstückträgers 1 verbinden, wobei der Spannkopf 2 eine Grundhalterung 21, eine obere Halterung 22, einen Kolbensitz 23, einen Bewegungssitz 25 und einen Grundhalterungskörper 27 umfasst.
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In der Mitte der Grundhalterung 21 ist ein Bewegungsraum 211 ausgebildet.
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Die obere Halterung 22 wird mit Schrauben an einem Öffnungsende der Grundhalterung 21 befestigt, wobei die obere Halterung 22 mit einem Durchgangsloch 221 versehen ist, das mit dem Bewegungsraum 211 in Verbindung steht. Außerdem ist eine ringförmige Anlagefläche 222 innenumfangsseitig an der Öffnung des Durchgangsloches 221 ausgebildet.
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Der Kolbensitz 23 wird in den Bewegungsraum 211 der Grundhalterung 21 eingebaut, wobei der Kolbensitz 23 in der Mitte ein Durchgangsloch 231 aufweist. Rings um das Durchgangsloch 231 ist eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Aufnahmelöchern 232 ausgebildet, in denen je ein elastisches Element 24 angeordnet ist, das an der oberen Halterung 22 anliegt. Der Kolbensitz 23 wird dabei durch eine Antriebskraft und die elastischen Elemente 24 angetrieben und lässt sich in dem Bewegungsraum 211 nach oben und unten bewegen.
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Der Bewegungssitz 25, der zum Einführen der Haltestange 11 des Werkstückträgers 1 dient, ist in das zentrale Durchgangsloch 231 des Kolbensitzes 23 eingesetzt, wobei der Bewegungssitz 25 kopfseitig an seiner Außenseite eine ringförmige Schrägfläche 251 aufweist, die an einer Öffnungsstelle des Durchgangsloches 221 der oberen Halterung 22 begrenzt wird. Ferner weist der Bewegungssitz 25 an seiner Seitenwand eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Schlitzlöchern 252 auf, in denen jeweils ein bewegliches Spannelement 26 angeordnet ist, wobei die beweglichen Spannelemente 26 entweder Gleitstücke oder Kugeln sein können.
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Der Grundhalterungskörper 27 wird dicht an der Bodenseite des Durchgangsloches 231 des Kolbensitzes 23 angebracht.
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Gemäß 1 bis 6 können die beweglichen Spannelemente 26 der vorliegenden Erfindung in zwei unterschiedlichen Formen ausgeführt sein, die nachfolgend näher erläutert werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel werden Gleitstücke als bewegliche Spannelemente 26 verwendet, wobei die Gleitstücke die gegenüberliegende, ringförmige Andruckfläche 111 der Haltestange 11 jeweils durch einen Flächenkontakt festhalten, um eine gute Fixierwirkung zu realisieren. Bei der praktischen Verwendung wird die Haltestange 11 des Werkstückträgers 1 durch eine Schraubverbindung senkrecht zu der Bodenseite des Werkstückträgers 1 befestigt. Die Haltestange 11 weist kopfseitig eine ringförmige Andruckfläche 111 auf und beinhaltet an einer zu der Bodenseite des Werkstückträgers 1 benachbarten Stelle eine ringförmige Wirkfläche 112, wobei die ringförmige Andruckfläche 111 und die beweglichen Spannelemente 26 im Befestigungszustand aneinander anliegen. In einem Nichtverbindungszustand des Werkstückträgers 1 mit dem Spannkopf 2 wird eine Antriebskraft (erzeugt durch eine Ölhydraulik) in dem Bewegungsraum 211 der Grundhalterung 21 des Spannkopfes 2 ausgeübt, wodurch der Kolbensitz 23 nach oben gedrückt wird, sodass ein Normalöffnungszustand ausgebildet ist, wie er in der 2 und der 3 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die elastischen Elemente 24 durch den sich anhebenden Kolbensitz 23 komprimiert und von den beweglichen Spannelementen 26 losgetrennt, sodass die beweglichen Spannelemente 26 in den einzelnen Schlitzlöchern 252 des Bewegungssitzes 25 je einen Verschiebungsraum besitzen. Weil die beweglichen Spannelemente 26 endseitig an ihrer oberen Seite je eine erste Schrägfläche 261 und an ihrer unteren Seite eine zweite Schrägfläche 262 aufweisen, befinden sie sich in einem unbegrenzten Zustand und lassen sich zurückziehen, wenn die Haltestange 11 kopfseitig gegen die erste Schrägfläche 261 gedrückt wird, sodass die Haltestange 11 reibungslos in den Bewegungssitz 25 eingeführt werden kann, wie es in der 4 dargestellt ist.
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Wie in 5 und 6 gezeigt ist, weist die kopfseitig an der Haltestange 11 ausgebildete, ringförmige Andruckfläche 111 einen nach innen geneigten Zustand auf. So lässt sich die Haltestange 11, wie oben beschrieben ist, durch das an der oberen Halterung 22 des Spannkopfes 2 ausgebildete, Durchgangsloch 221 ins Innere des Bewegungssitzes 25 einführen, wenn der Werkstückträger 1 mit dem Spannkopf 2 verbunden wird, wobei die Antriebskraft in dem Bewegungsraum 211 der Grundhalterung 21 gelöst wird, sodass die elastischen Elemente 24 an dem Kolbensitz 23 aufgrund ihrer Rückstellkraft gegen die obere Halterung 22 und den Kolbensitz 23 drücken, um den Kolbensitz 23 nach unten zu bewegen. Während sich der Kolbensitz 23 nach unten bewegt, werden die beweglichen Spannelemente 26 zur Mitte hin verschoben, wobei die einzelnen Schlitzlöcher 252 des Bewegungssitzes 25 jeweils einen Schlitz 253 aufweisen, wobei die in den Schlitzlöchern 252 angebrachten, beweglichen Spannelemente 26 jeweils mit einem Vorsprung 263 versehen sind, wodurch eine reibungslose, horizontale Bewegung der einzelnen Spannelemente 26 in den Schlitzlöchern 252 realisiert wird.
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Während der Bewegung der beweglichen Spannelemente 26 wird die an der unteren Seite befindliche, zweite Schrägfläche 262 gegen die ringförmige Andruckfläche 111 der Haltestange 11 gedrückt, wodurch der Bewegungssitz 25 durch Schwimmen geringfügig nach oben bewegt wird. Dadurch ist verwirklicht, dass die außenseitig an dem Bewegungssitz 25 ausgebildete, ringförmige Schrägfläche 251 gegen die ringförmige Anlagefläche 222 des Durchgangsloches 221 der oberen Halterung 22 gedrückt wird, sodass die außenseitig an dem Bewegungssitz 25 ausgebildete, ringförmige Schrägfläche 251 nach innen eingezogen wird, was ermöglicht, dass der Bewegungssitz 25 innenwandseitig die ringförmige Wirkfläche 112 der Haltestange 11 fixiert. Dann wird der Bewegungssitz 25 nach unten gezogen, um die Haltestange 11 zu fixieren, wobei die Bodenseite des Werkstückträgers 1 und die Stirnseite der oberen Halterung 22 dicht aneinander anliegen, um eine Nullpunktspannung zwischen dem Werkstückträger 1 und dem Spannkopf 2 zu realisieren.
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In 7 bis 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haltemechanismus dargestellt, wobei unter Anderem Kugeln als bewegliche Spannelemente 26 verwendet werden. Weil die Kugeln in dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die gleichen Bewegungen ausführen wie die Gleitstücke in dem ersten Ausführungsbeispiel, werden die praktische Handhabung des Haltemechanismus und die entsprechenden Bewegungsprozesse hierin nicht näher erläutert. Mit anderen Worten werden in den beiliegenden Zeichnungen 7 bis 10 die gleichen Bewegungszustände dargestellt wie in den beiliegenden Zeichnungen 3 bis 6, wobei der einzige Unterschied darin liegt, dass Kugeln anstelle von Gleitstücken als Spannelemente 26 verwendet werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die als bewegliche Spannelemente 26 verwendeten Kugeln nach innen verschoben, was ebenfalls ermöglicht, dass die Haltestange 11 des Werkstückträgers 1 in den Bewegungssitz 25 eingeführt wird, wobei die beweglichen Spannelemente 26 nach innen bewegt werden, um die Haltestange 11 zu fixieren, wobei der Bewegungssitz 25, der beweglich ist, nach oben bewegt wird. Durch ein Zusammenwirken der ringförmigen Schrägfläche des Bewegungssitzes 25 mit der Öffnung der oberen Halterung 22 wird der Bewegungssitz 25 nach innen und unten gedrückt, um die Haltestange 11 festzuhalten, wodurch die Nullpunktspannung zwischen dem Werkstückträger 1 und dem Spannkopf 2 realisiert wird. Jedoch wird die Haltestange 11 durch entsprechende Punktkontakte festgehalten, wenn die einzelnen Kugeln gegen die ringförmige Andruckfläche 111 der Haltestange 11 gedrückt werden, um einer größeren Zugkraft standzuhalten.
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Aus den zwei oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird deutlich, dass der erfindungsgemäße Haltemechanismus die folgenden Vorteile aufweist:
- 1. Gemäß der Erfindung ist ein beweglich angeordneter Bewegungssitz in dem Spannkopf angeordnet, wobei der Bewegungssitz bei der Befestigungsbewegung beweglich nach oben bewegt und nach innen und unten gedrückt wird, um die Haltestange stabil zu fixieren, wodurch eine Nullpunktspannung zwischen dem Werkstückträger und dem Spannkopf realisiert wird.
- 2. Wenn der Werkstückträger und der Spannkopf fest miteinander verbunden sind, kann der Werkstückträger während des Bearbeitungsprozesses nicht wackeln, wodurch eine präzise Bearbeitung mit geringem Toleranzbereich für das zu bearbeitende Werkstück sichergestellt wird.
- 3. Gemäß der Erfindung ist eine Mehrzahl von beweglichen Spannelementen, die zum sicheren Fixieren der Haltestange dienen, in dem Bewegungssitz ausgebildet, wobei eine zweite Schrägfläche der einzelnen Spannelemente durch einen Flächenkontakt die ringförmige Andruckfläche der Haltestange derart fixiert, dass die ringförmige Andruckfläche der Haltestange bei einer unter einer Schwerkraft durchgeführten Befestigung effektiv vor einer Beschädigung geschützt wird, wodurch nicht nur die Stabilität der Haltestange erhöht wird sondern auch die Lebensdauer der Haltestange verlängert wird.
- 4. Dank dem beweglich angeordneten Bewegungssitz in dem Spannkopf wird die Haltestange in der vorliegenden Erfindung effektiv stabil festgehalten. Dadurch wird der bei einem herkömmlichen Haltemechanismus häufig auftretende Nachteil behoben, dass die einzelnen Bauteile eines herkömmlichen Haltemechanismus in einem geringen Toleranzbereich gefertigt werden müssen, was in der Regel eine mühsame und zeitaufwändige Fertigung erfordert, was hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Somit ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft, weil sie nicht nur die Fertigungskosten reduziert sondern auch die Arbeitszeit verringern kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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