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Die Erfindung betrifft einen Werkstückhalter zum Fixieren eines Werkstückes in einer Bearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Werkzeugaufnahmen bzw. Werkstückhaltern zum Fixieren von Werkstücken beispielsweise in Fräs-, Schleif- oder Drehmaschinen bekannt. So ist es beispielsweise üblich, Werkstücke zwischen den Spannbacken eines drehbar gelagerten Spannfutters zu fixieren, diese Werkstücke um eine Drehachse A insbesondere elektromotorisch in Rotation zu versetzen und den gewünschten Materialabtrag mittels eines feststehenden Werkzeuges, insbesondere eines sogenannten Drehmeißels, vorzunehmen. Diese Art der Werkstückbearbeitung ist naturgemäß besonders für rotationssymmetrische Werkstücke geeignet. Darüber hinaus verbleibt aufgrund der Natur des Einspannprozesses immer ein Werkstückbereich, welcher der Bearbeitung durch den Drehmeißel nicht zugänglich ist, nämlich derjenige Bereich, in welchem das Werkstück zwischen den Spannbacken gehaltert wird. Bei langgestreckten Werkstücken, bei welchen ohnehin nur ein Teil des Außenumfanges bearbeitet werden soll, ist diese Art der Werkstückaufnahme unproblematisch. In denjenigen Fällen, in welchen die Werkstücke insbesondere eine näherungsweise zylinderförmige Gestalt mit einer geringen Höhe aufweisen, erweist sich das konventionelle Einspannen jedoch als schwierig. Derartig geformte Werkstücke sind beispielsweise im Bereich der Optik zu finden, wo oftmals näherungsweise zylinderförmige Linsen zu bearbeiten sind. In denjenigen Fällen, in welchen die Außenflächen der Linsen bearbeitet werden müssen, kann die Linse nicht mehr konventionell an den Außenflächen eingespannt werden, sondern es bedarf einer Änderung der Einspannung. Dies gilt nicht nur für eine Bearbeitung der Linsenaußenflächen auf einer Drehmaschine, sondern insbesondere auch für das Schleifen des Randes einer in einer sich langsam drehenden Aufnahmevorrichtung eingespannten Linse.
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Im Stand der Technik wird bislang das geschilderte Problem dadurch gelöst, dass die zu bearbeitende Linse mit einer ihrer Linsenflächen auf einer Vakuumaufnahme der Bearbeitungsvorrichtung fixiert wird; oftmals ist die Vakuumaufnahme in diesem Fall topfförmig mit einer umlaufenden Ringschneide ausgestattet, so dass sich durch das Auflegen der Linse auf die Vakuumaufnahme ein abgeschlossener, mindestens teilweise evakuierbarer Raum ergibt, wodurch im Ergebnis die Linse durch den atmosphärischen Druck auf die Vakuumaufnahme gedrückt wird. Diese Vorgehensweise zeigt im Falle vergleichsweise dicker Linsen noch befriedigende Ergebnisse; allerdings treten beim Übergang zu dünnen, nahezu endbearbeiteten Linsen insbesondere mit einer Dicke von ca. 3 mm oder weniger erhebliche Probleme auf. So führen die zur Fixierung der Linse auf der Vakuumaufnahme erforderlichen Druckunterschiede dazu, dass sich die Linse aufgrund des atmosphärischen Drucks durchbiegt und dadurch gegebenenfalls Schäden an ihrer inneren Struktur nimmt bzw. auch nicht mehr maßhaltig zu bearbeiten ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstückhalter zum Fixieren eines Werkstückes zu schaffen, der die oben beschriebenen Nachteile, insbesondere auch bei der Bearbeitung vergleichsweise dünner Werkstücke wie nahezu endbearbeiteter Linsen, nicht zeigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Werkstückhalter zum Fixieren eines Werkstückes in einer Bearbeitungsvorrichtung umfasst eine Vakuumaufnahme zum Ansaugen und Fixieren einer ersten Fläche des Werkstückes in dem Halter. Dabei weist der Werkstückhalter auf einer der ersten Fläche gegenüber liegenden zweiten Fläche des Werkstückes eine Vakuumhaube zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung eines Vakuums auf, welche insbesondere mit einem Vakuumanschluss versehen sein kann. Dadurch, dass mindestens bereichsweise auf der Vakuumaufnahme gegen überliegenden Seite ein Gegenvakuum aufgebaut werden kann, kann einer Durchbiegung des Werkstückes aufgrund des herrschenden Luftdruckes effektiv entgegen gewirkt werden.
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Dadurch, dass der Vakuumanschluss eine Drehdurchführung aufweist, kann eine Drehung des Werkstückes auch während der Bearbeitung erleichtert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Vakuumanschluss ein Ventil aufweisen, so dass zunächst mittels einer an den Vakuumanschluss angeschlossenen Vakuumleitung ein Unterdruck unter der Vakuumhaube erzeugt werden kann und nachfolgend das Ventil geschlossen werden kann, so dass der Unterdruck auch nach der Abnahme der Vakuumleitung von dem Vakuumanschluss bestehen bleibt. In diesem Fall kann eine bei der Bearbeitung gegebenenfalls störende Vakuumleitung in dem zu bearbeitenden Bereich des Werkstückes entfallen bzw. vor Aufnahme der Bearbeitung aus diesem Bereich entfernt werden.
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Dadurch, dass die Vakuumaufnahme und die Vakuumhaube derart mit einem gemeinsamen Vakuumanschluss verbunden sind, dass beim Erzeugen der Vakua an beiden Flächen des Werkstückes derselbe Druck anliegt, kann erreicht werden, dass sich das Werkstück auch während des Aufbaus der Vakua auf beiden Seiten des Werkstückes nicht durchbiegt.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist mindestens eine Ringschneide vorhanden, mittels derer die Vakuumaufnahme und/oder die Vakuumhaube in Kontakt mit dem Werkstück steht.
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Dadurch, dass die Ringschneide mit einer dichtenden Beschichtung versehen ist, kann eine Verbesserung der Stabilität des Vakuums erreicht werden.
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Wenn diejenigen Bereiche der Vakuumaufnahme und der Vakuumhaube, welche mit dem Werkstück in Berührungskontakt stehen, in einander direkt gegenüberliegenden Bereichen des Werkstückes angeordnet sind, kann eine Durchbiegung des Werkstückes besonders effektiv verringert werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 einen Werkstückhalter nach dem Stand der Technik,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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3 eine Variante der Erfindung.
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1 zeigt einen Werkstückhalter 1 nach dem Stand der Technik, bei welchem ein Werkstück 2, im gezeigten Beispiel eine planparallele Platte, über eine Ringschneide 3 auf einer Vakuumaufnahme 4 gehalten ist. Dabei wird in dem durch das Werkstück 2 selbst und die Vakuumaufnahme 4 gebildeten Hohlraum 5 mittels eines Vakuumanschlusses 7 ein Vakuum ausgebildet, so dass der atmosphärische Druck das Werkstück 2 gegen die Ringschneide 3 presst und damit mittels Reibschlusses auf dem Werkstückhalter 1 fixiert. Gut erkennbar ist im gezeigten Beispiel die erhebliche Durchbiegung der planparallelen Platte 2, was einerseits zu Bearbeitungsfehlern an der zu bearbeitenden Außenfläche der planparallelen Platte 2, aber auch zu strukturellen Schädigungen der Platte 2 selbst führen kann.
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Wie bereits eingangs ausgeführt tritt die beschriebene Problematik insbesondere bei der Bearbeitung vergleichsweise dünner Werkstücke mit einer Dicke im Bereich von ca. 3 Millimetern oder weniger auf.
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2 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung den erfindungsgemäßen Werkstückhalter 1.2 mit einer auf einer Maschinenspindel 10 angeordneten Vakuumaufnahme 4.2. Im gezeigten Beispiel ist der Werkstückhalter erfindungsgemäß mit einer Vakuumhaube 6 versehen. Mittels der Vakuumhaube 6 wird auch auf der der Vakuumaufnahme 4.2 gegenüber liegenden Fläche des Werkstückes 2.2 ein Unterdruck aufrechterhalten bzw. aufgebaut. Hierzu ist die Vakuumhaube 6 mit einem Vakuumanschluss 17 versehen, der seinerseits mit einer in der 2 angedeuteten flexiblen Vakuumleitung 8 mit einer in der Figur nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Dabei ist der Vakuumanschluss 17 mittels einer Drehdurchführung 9 an der Vakuumhaube 6 angeordnet, so dass auch die zur Bearbeitung erforderliche Rotation des Werkstückes 2.2 um die Achse A störungsfrei erfolgen kann. Es versteht sich von selbst, dass auch der Vakuumanschluss 7.2 der Vakuumaufnahme 4.2 mit einer entsprechenden, in der Figur jedoch nicht gezeigten Drehdurchführung versehen sein kann.
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Sowohl die Vakuumaufnahme 4.2 als auch die Vakuumhaube 6 sind mit jeweils einer Ringschneide 11 bzw. 12 versehen, welche ihrerseits mit dichtenden Beschichtungen 13 bzw. 14, beispielsweise aus einem Silikonkautschuk oder einem ähnlichen elastischen Material ausgestattet sind. Die dichtenden Beschichtungen 13 und 14 stellen eine zuverlässige Aufrechterhaltung des Vakuums in den beiden durch die Vakuumaufnahme 4.2 und die Vakuumhaube 6 zusammen mit dem Werkstück 2.2 gebildeten Hohlräumen 5.2 und 15 sicher.
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Gut erkennbar in der 2 ist, dass aufgrund des beidseitig herrschenden Unterdruckes die ursprüngliche Form des Werkstückes 2.2 auch nach dem Aufspannvorgang erhalten geblieben ist, also insbesondere keine Durchbiegung des Werkstückes 2.2 zu erkennen ist. Ebenfalls angedeutet in der 2 ist, dass die beiden Vakuumleitungen 8 und 16, mit welchen die Vakuumanschlüsse 17 und 7.2 der Vakuumaufnahme 4.2 bzw. der Vakuumhaube 6 versorgt werden, über ein T-Stück 18 mit einem Vakuumanschluss einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden sind, so dass zu jedem Zeitpunkt in beiden Hohlräumen 5.2 und 15 auch während der Evakuierung derselbe Druck anliegt und eine Deformation des Werkstückes 2.2 aufgrund Druckunterschieden nicht erfolgen kann.
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Ebenfalls gut erkennbar aus 2 ist, dass die beiden Ringschneiden 11 und 12 der Vakuumaufnahme 4.2 bzw. der Vakuumhaube 6, welche mit dem Werkstück 2.2 in Berührungskontakt stehen, in einander direkt gegenüberliegenden Bereichen des Werkstückes 2.2 angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das Werkstück 2.2 frei von Biegemomenten bleibt, so dass eine Deformation des Werkstückes durch die gezeigte Art der Aufspannung verringert bzw. unterbunden wird.
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3 zeigt eine Variante der Erfindung, die im Wesentlichen der in der 2 gezeigten Ausführungsform entspricht, mit dem Unterschied, dass anstatt eines Vakuumanschlusses mit Drehdurchführung wie in 2 gezeigt der Vakuumanschluss 17.3 der Vakuumhaube 6.3 mit einem Ventil 19 versehen und im gezeigten Zustand nicht mit einer Vakuumleitung verbunden ist. Hintergrund ist hier, dass vor Aufnahme der Bearbeitung des Werkstückes 2.3 zunächst mittels einer üblichen Vakuumleitung der durch die Vakuumhaube 6.3 zusammen mit dem Werkstück 2.3 gebildete Hohlraum 15.3 im selben Maße wie der Hohlraum 5.3 auf Seiten der Vakuumaufnahme 4.3 evakuiert werden kann. Sobald das gewünschte Vakuum auf beiden Seiten des Werkstückes 2.3 eingestellt ist, kann dann das Ventil 19 geschlossen und die Vakuumleitung vom Vakuumanschluss 17.3 der Vakuumhaube 6.3 entfernt werden, so dass sich das nunmehr geschlossene Ventil 19 im Falle der Bearbeitung des Werkstückes 2.3 und der damit verbundenen Rotation um die Achse A frei mitdrehen kann. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass eine Drehdurchführung für den Vakuumanschluss 17.3 der Vakuumhaube 6.3 nun nicht mehr erforderlich ist. Selbstverständlich ist in diesem Fall dafür Sorge zu tragen, dass das Vakuum in dem durch die Vakuumhaube 6.3 gebildeten Hohlraum 15.3 während des Bearbeitungsprozesses zuverlässig erhalten bleibt bzw. die Bearbeitung, sobald ein Druckanstieg in einem der beiden Hohlräume 5.3 oder 15.3 erkennbar wird, abgebrochen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1.2, 1.3
- Werkstückhalter
- 2, 2.2, 2.3
- Werkstück
- 3
- Ringschneide
- 4, 4.2, 4.3
- Vakuumaufnahme
- 5, 5.2, 5.3
- Hohlraum
- 6, 6.3
- Vakuumhaube
- 7, 7.2, 7.3
- Vakuumanschluss
- 8
- Vakuumleitung
- 9
- Drehdurchführung
- 10, 10.3
- Maschinenspindel
- 11, 11.3
- Ringschneide
- 12, 12.3
- Ringschneide
- 13, 13.3
- Beschichtungen
- 14, 14.3
- Beschichtungen
- 15, 15.3
- Hohlraum
- 16
- Vakuumleitung
- 17, 17.3
- Vakuumanschluss
- 18
- T-Stück
- 19
- Ventil
