DE102017212711B4

DE102017212711B4 - Spannvorrichtung mit Kraftmesseinrichtung zum Verspannen eines Werkstücks und Verwendung dieser Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102017212711B4
Application number: DE102017212711.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Schweizer
Original assignee: Kipp Verpachtungen EK
Current assignee: ICG GmbH and Co KG
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: DE102017212711A1

Abstract

Spannvorrichtung (1) zum Verspannen eines Werkstücks (19), umfassend
- einen Grundkörper (2),
- ein Spannstück (5), das am Grundkörper (2) beweglich gelagert ist, so dass das Spannstück (5) von einem entspannten Zustand in einen verspannten Zustand überführt werden kann,
- Spannmittel (16) zum Überführen des Spannstücks (5) von dem entspannten Zustand in den verspannten Zustand und umgekehrt, wobei im verspannten Zustand des Spannstücks (5) das Spannstück (5) eine durch die Spannvorrichtung (1) mittels eines Anschlags (27) definierte Endlage gegenüber dem Grundkörper (2) einnimmt,
- und eine Kontakteinrichtung (10) zur Anlage an ein zu verspannendes Werkstück (19) oder zur Befestigung einer Anlageeinrichtung (11) für ein zu verspannendes Werkstück (19), wobei die Kontakteinrichtung (10) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannvorrichtung (1) weiterhin umfasst
- eine Kraftmesseinrichtung (7),
dass die Kraftmesseinrichtung (7) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist,
und dass die Kraftmesseinrichtung (7) zwischen der Kontakteinrichtung (10) und dem Spannstück (5) angeordnet ist, so dass die Kontakteinrichtung (10) über die Kraftmesseinrichtung (7) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere einen Schnellspanner, zum Verspannen eines Werkstücks, umfassend

- einen Grundkörper,
- ein Spannstück, das am Grundkörper beweglich gelagert ist, so dass das Spannstück von einem entspannten Zustand in einen verspannten Zustand überführt werden kann,
- Spannmittel zum Überführen des Spannstücks von dem entspannten Zustand in den verspannten Zustand und umgekehrt, wobei im verspannten Zustand des Spannstücks das Spannstück eine durch die Spannvorrichtung mittels eines Anschlags definierte Endlage gegenüber dem Grundkörper einnimmt,
- und eine Kontakteinrichtung zur Anlage an ein zu verspannendes Werkstück oder zur Befestigung einer Anlageeinrichtung für ein zu verspannendes Werkstück, wobei die Kontakteinrichtung starr mit dem Spannstück verbunden ist.

Eine solche Spannvorrichtung ist beispielsweise bekannt geworden durch die Internetseite
http://www.futek.com/application/load-cell/Toggle-Force-Clamp-Measurement der FUTEK Advances Sensor Technology, Inc., Irvine, Kalifornen, USA, heruntergeladen am 5.7.2017.
Spannvorrichtungen werden in vielfältiger Weise dazu eingesetzt, Werkstücke in einer gewünschten Position zu halten, etwa während eines Bearbeitungs- oder Messvorgangs am Werkstück. Verbreitete Spannvorrichtungen verfügen über einen fest verankerbaren Grundkörper, an dem ein Spannstück beweglich gelagert ist, und Spannmittel, mit denen das Spannstück zwischen einem entspannten Zustand und einem verspannten Zustand umgestellt werden kann.
Im verspannten Zustand befindet sich das Spannstück in einer definierten Endlage, die typischerweise durch einen Anschlag festgelegt ist. Am Spannstück ist eine Kontakteinrichtung angeordnet, die im verspannten Zustand unmittelbar oder über eine Anlageeinrichtung auf das Werkstück drückt, wobei eine gewisse elastische Verformung der Spannvorrichtung eintritt. Über diese elastische Verformung wird eine Kraft auf das Werkstück aufgebracht, die dieses in Position hält. Spannvorrichtungen dieses Typs sind beispielsweise aus der DE 202 16 150 U1 oder der EP 1 413 398 B1 bekannt geworden.
Die Kraft auf das Werkstück wird durch die Lage der Kontakteinrichtung am Spannstück, die elastischen Eigenschaften der Spannvorrichtung und die Höhe des Werkstücks (in Spannrichtung) bestimmt. Ist die auf das Werkstück aufgebrachte Kraft zu klein, wird das Werkstück während des Bearbeitungs- oder Messvorgangs möglicherweise nicht richtig gehalten. Um eine gewünschte Kraft auf das Werkstück zu erhalten, kann die Lage der Kontakteinrichtung relativ zum Spannstück verstellt werden.
Auf der oben erwähnten Internetseite der FUTEK Advances Sensor Technology, Inc. wird vorgeschlagen, zur Überprüfung der von einem Kniehebelspanner (toggle clamp) aufgebrachten Kraft zwischen einem Probekörper und einer Anlageeinrichtung des Kniehebelspanners eine Kraftmesszelle (load cell) einzulegen. Die Anlageeinrichtung ist unterenends an einem Gewindebolzen angeschraubt, und der Gewindebolzen ist mittels zwei Muttern an einem Spannstück (Spannarm) des Kniehebelspanners befestigt. Die Messzelle misst die Kraft auf den Probekörper im verspannten Zustand des Kniehebelspanners.
Die von FUTEK Advances Sensor Technology, Inc. vorgeschlagene Anordnung ist gut dazu geeignet, einen Kniehebelspanner für einen bestimmten Typ von Werkstücken (mit einer Höhe entsprechend der gesamten Höhe von Kraftmesszelle und Probekörper) einzustellen bzw. die Einstellung des Kniehebelspanners zu überprüfen. Falls jedoch nacheinander zu verspannende Werkstücke desselben Typs in ihrer Höhe merklich variieren, was aufgrund von Fertigungstoleranzen in der Praxis häufig der Fall ist, können trotz korrekter Einstellung des Kniehebelspanners bei einzelnen Werkstücken zu geringe Haltekräfte auftreten, so dass diese Werkstücke möglicherweise nicht korrekt bearbeitet oder vermessen werden. Auch kann nicht aufgedeckt werden, wenn die Überführung des Kniehebelspanners in den verspannten Zustand bei einem einzelnen Werkstück nicht korrekt erfolgt sein sollte, was ebenfalls eine zu geringe Haltekraft zur Folge hätte.
Aus der EP 0 849 047 A1 ist es bekannt geworden, bei einer Kniehebelspannvorrichtung Endstellungssensoren vorzusehen, mit denen festgestellt werden kann, ob ein Spannarm der Kniehebelspannvorrichtung jeweils vorgesehene Anschlagstellungen erreicht hat. Eine zu geringe Haltekraft aufgrund von Variationen in der Werkstückhöhe ist mit dieser Vorrichtung jedoch nicht erkennbar.
Die JP 2011 200 975 A beschreibt eine Spannvorrichtung, wobei ein Armteil einenends an einem Lagerteil abgestützt ist und anderenends über eine Klemmhalteschraube an einer Klemmeinheit befestigt ist. Das Lagerteil stützt sich an einem Fußteil ab. Die Klemmeinheit enthält eine Lastberechnungseinheit und drückt mit einem unteren Ende auf ein Werkstück. Mit einem als eine Schraube ausgebildeten Spanner, der das Armteil durchragt und am Fußteil eingeschraubt ist, kann das Armteil auf das Werkstück zu gespannt werden.
Aus der DE 10 2015 119 699 ist eine Sägemaschine mit einer Spannvorrichtung für ein zu sägendes Werkstück bekannt geworden, bei der eine Spannbacke der Spannvorrichtung mit einem Elektromotor verstellbar ist. Eine Sensoreinrichtung bestimmt den Betrag der auf das Werkstück wirkenden Spannkraft. Eine Steuereinheit empfängt das Sensorsignal und steuert auf dessen Grundlage den Elektromotor an.
Die Firmendruckschrift „Sensoren und Prozess-Instrumente“ der burster präzisionsmesstechnik gmbh & co kg, Gernsbach, DE, vermutliches Erscheinen 10/2016, beschreibt diverse Miniatur-Druckkraftsensoren, insbesondere zur Andruckkraftermittlung an Schubstangen. Des Weiteren wird eine Handhebelpresse in Kniehebelausführung beschrieben, bei der ein Kraftsensor als Verlängerung des Pressenstößels montiert ist. Die Kniehebelpresse erreicht ihre maximale Presskraft an einem unteren Totpunkt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise zuverlässig sicherzustellen, dass ein an einer Spannvorrichtung verspanntes Werkstück eine gewünschte Haltekraft erfährt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Spannvorrichtung weiterhin umfasst

- eine Kraftmesseinrichtung,

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, eine Kraftmesseinrichtung dauerhaft am Spannstück anzuordnen, und die Kraftmessvorrichtung dabei zwischen dem Spannstück und der Kontakteinrichtung zu positionieren.
Entsprechend wird die Spannkraft (Haltekraft) auf ein an der Kontakteinrichtung unmittelbar oder über eine Anlageeinrichtung anliegendes Werkstück im verspannten Zustand der Spannvorrichtung über die Kraftmesseinrichtung auf das Werkstück übertragen. Dadurch steht bei jeder Benutzung der Spannvorrichtung die Kraftmesseinrichtung zur Verfügung, und die tatsächlich wirkende Spannkraft kann jederzeit während der Benutzung der Spannvorrichtung ermittelt werden.
Die wirkende Spannkraft kann auf einfache Weise für jedes verspannte Werkstück individuell überprüft oder überwacht werden. Dabei braucht die Kraftmesseinrichtung nur einmal am Spannstück montiert werden, und kann dann bei einer Vielzahl von (und insbesondere allen) nacheinander verspannten Werkstücken mitwirken. Über die Kraftmesseinrichtung kann vor Beginn eines Prozesses am Werkstück (etwa einer materialabtragenden und/oder fügenden Bearbeitung und/oder Vermessung des Werkstücks) die korrekte Verspannung des Werkstücks überprüft werden. Zum anderen kann während des Prozesses die wirkende Kraft überwacht werden, insbesondere kontinuierlich überwacht werden, so dass eine Veränderung (etwa eine Lockerung) der Verspannung leicht aufgedeckt werden kann.
Eine nicht korrekte Spannkraft (Haltekraft) kann für einzelne Werkstücke aufgedeckt werden. Entsprechend braucht bei betroffenen Werkstücken ein Prozess gar nicht erst begonnen werden, oder ein betroffenes Werkstück kann nachträglich aussortiert werden. Umgekehrt ist dann bei den übrigen Werkstücken die korrekte Haltekraft und damit insoweit ein korrekter Prozessablauf sichergestellt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Bevorzugt ist eines Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, die vorsieht, dass die Spannvorrichtung als ein Kniehebelspanner ausgebildet ist, wobei die Spannmittel ausgebildet sind

- mit einem ersten Spannelement, das um eine erste Verschwenkachse am Grundkörper verschwenkbar gelagert ist,
- und mit einem zweiten Spannelement, das um eine zweite Verschwenkachse am Spannstück verschwenkbar gelagert ist,

Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist das Spannstück als ein Spannarm ausgebildet, der um eine Hauptachse am Grundkörper verschwenkbar gelagert ist, insbesondere wobei die Spannvorrichtung als Horizontalspanner oder Vertikalspanner ausgebildet ist. Bei einer dazu alternativen Weiterentwicklung ist das Spannstück als eine Schubstange ausgebildet, die entlang einer Verfahrrichtung am Grundkörper verfahrbar gelagert ist, insbesondere wobei die Verfahrrichtung horizontal oder vertikal verläuft. Die Spannvorrichtung kann dann auch als Schubstangenspanner bezeichnet werden. Die beiden Weiterentwicklungen sind für das Verspannen von Werkstücken bewährt und können je nach Anwendung ausgewählt werden. An einem Spannarm oder einer Schubstange kann die Kraftmesseinrichtung mit geringem Aufwand befestigt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der die Kraftmesseinrichtung wenigstens einen Dehnmessstreifen umfasst. Mit dem Dehnmesstreifen kann die Längenänderung einer mechanischen Struktur, die die Kontakteinrichtung mit dem Spannstück mechanisch verbindet, vermessen werden. Der Dehnmessstreifen ist auf der Struktur befestigt, so dass der Dehnmesstreifen an mechanischen Verformungen der Struktur infolge äußerer Krafteinwirkung teilnimmt. Dadurch verändert sich der elektrische Widerstand des Dehnmessstreifens. Der elektrische Widerstand des Dehnmessstreifens wird zur Kraftbestimmung gemessen. Die Verwendung von Dehnmessstreifen ist vergleichsweise einfach und das zugehörige elektrische Signal relativ störungsunempfindlich. Alternativ können auch andere Messprinzipien zur Kraftbestimmung angewandt werden, etwa kapazitive Messungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spannvorrichtung eine Elektronik umfasst, die elektrische Signale der Kraftmesseinrichtung verstärkt und/oder verarbeitet, und dass die Elektronik eine Schnittstelle umfasst, an der die verstärkten und/oder verarbeiteten Signale zur Verfügung gestellt werden. Durch die Verstärkung und/oder Verarbeitung der elektrischen Signale können Störeinflüsse auf die Kraftmessung reduziert werden. Die Schnittstelle vereinfacht die Übergabe der Messinformation, etwa an eine Prozesssteuerung. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine Steckverbindung umfassen. Die Elektronik kann über die Schnittstelle, insbesondere eine Steckverbindung, mit externer Energie bzw. Strom versorgt werden. Alternativ kann die Elektronik auch eine eigene Energieversorgung aufweisen, etwa eine Batterie. Eine typische Signalverarbeitung umfasst die Umwandlung eines Spannungssignals in ein Strom(stärke)signal, etwa ein 4-20 mA Stromsignal, oder auch eine Analog/Digital-Umwandlung eines gemessenen Signals. Ebenso kann beispielsweise ein 0-10V Spannungssignal erzeugt werden. Die Spannvorrichtung ist zusammen mit der Elektronik grundsätzlich als ein Bauteil handhabbar. Die Elektronik ist typischerweise nur wenige Zentimeter (z.B. weniger als 30 cm, bevorzugt weniger als 10 cm) von der Kraftmesseinrichtung beabstandet, mit entsprechend kurzen elektrischen Leitungen, so dass Störeinflüsse weiter minimiert sind.
Eine bevorzugte Weiterentwicklung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Schnittstelle Mittel zur drahtlosen Signalübertragung umfasst, insbesondere zur HF-Signalübertragung. Durch die drahtlose Signalübertragungen können für die Handhabung der Werkstücke oder für den Prozess an den Werkstücken störende oder aufwändig zu verlegende Kabel vermieden werden. Die Hochfrequenz(=HF)-Signalübertragung erfordert keine direkte Sichtlinie und ist daher in vielen Fällen bevorzugt. Es sind aber auch andere drahtlose Signalübertragungen, etwa eine Infrarot(=IR)-Signalübertragung, möglich.
Bei einer anderen, bevorzugten Weiterentwicklung ist die Elektronik am Grundkörper befestigt. Dadurch kann zum einen ein relativ kurzer Abstand zwischen Elektronik und Kraftmesseinrichtung eingehalten werden, und die gemeinsame Handhabung als ein Bauteil ist leicht möglich. Die Befestigung am Grundkörper behindert die Spannmittel nicht. Die Kraftmesseinrichtung braucht nur den eigentlichen Sensor enthalten und kann daher besonders kompakt ausgebildet werden. Alternativ kann die Elektronik beispielsweise auch in einem Gehäuse der Kraftmesseinrichtung („Sensorgehäuse“) integriert sein; die Kraftmesseinrichtung wird dann manchmal auch als „Transmitter“ bezeichnet.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Elektronik in einem eigenen Elektronikgehäuse angeordnet ist, welches am Grundkörper befestigt ist. Ein eigenes Elektronikgehäuse vereinfacht den Aufbau der gesamten Spannvorrichtung; zudem kann dann die Kraftmesseinrichtung samt Elektronik im Elektronikgehäuse leicht nachgerüstet werden. Die Befestigung am Grundkörper behindert die Spannmittel nicht. Alternativ kann beispielsweise auch die Elektronik im Grundkörper oder im Sensorgehäuse untergebracht sein.
Ebenso kann alternativ die Elektronik in einem eigenen Elektronikgehäuse angeordnet sein, das an einer anderen Struktur der Spannvorrichtung als dem Grundkörper befestigt ist.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn am Grundkörper Befestigungsausnehmungen ausgebildet sind, die mit einem Freiraum oder Freiräumen des Elektronikgehäuses fluchten, so dass der Grundkörper mittels der Befestigungsausnehmungen durch den Freiraum oder die Freiräume hindurch montierbar ist, etwa auf einem Maschinenbett. Dies ermöglicht eine einfache, gleichzeitige Befestigung (Montage) von Grundkörper und Elektronikgehäuse. Die Befestigungsausnehmungen und Freiräume werden zur Montage typischerweise von Schraubbolzen durchragt. Bevorzugt ist das Elektronikgehäuse in verschiedenen Orientierungen, etwa um 90° versetzt, am Grundkörper befestigbar, wobei Befestigungsausnehmungen und Freiräume jeweils fluchten. Alternativ ist es auch möglich, den Grundkörper am Elektronikgehäuse zu befestigen, und weiterhin das Elektronikgehäuse am Maschinenbett zu befestigen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontakteinrichtung ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde, zum Aufschrauben einer Anlageeinrichtung, insbesondere wobei die Kontakteinrichtung einstückig mit der Kraftmesseinrichtung ausgebildet ist. Über ein Gewinde kann die Anlageeinrichtung einfach und sicher befestigt werden. Mit verschiedenen Anlageeinrichtungen kann eine Anpassung einer wirksamen Anlagefläche der Spannvorrichtung an verschiedene Werkstücktypen erfolgen, insbesondere auch bezüglich einer groben Einstellung eines Abstands der wirksamen Anlagefläche vom Spannstück; zudem kann die Anlageeinrichtung bei einer Verstelleinrichtung mitwirken (siehe unten). Eine einstückige Ausbildung von Kontakteinrichtung und Kraftmesseinrichtung ist kostengünstig und mechanisch robust.
Vorteilhafter Weise ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Spannvorrichtung weiterhin eine Verstelleinrichtung umfasst, mit der ein Abstand zwischen der Kraftmesseinrichtung und dem Spannstück oder zwischen der Kraftmesseinrichtung und der Kontakteinrichtung oder zwischen der Kontakteinrichtung und einer Anlageeinrichtung veränderbar ist. Dadurch kann eine Anpassung an verschiede Werkstückhöhen (in Spannrichtung) bei unterschiedlichen Werkstücktypen erfolgen; mit der Anpassung wird auch die Spannkraft eingestellt. Bevorzugt ist die Verstelleinrichtung jenseits der Kraftmesseinrichtung (abgewandt vom Spannstück) angeordnet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Verstelleinrichtung einen mit der Kraftmesseinrichtung starr verbundenen Außengewindeabschnitt und zwei Muttern umfasst, wobei der Außengewindeabschnitt wenigstens eine Öffnung im Spannstück durchragt und auf dem Außengewindeabschnitt die wenigstens zwei Muttern angeordnet sind, die die wenigstens eine Öffnung umgreifen, und mit denen der Außengewindeabschnitt in verschiedenen Positionen gegenüber dem Spannstück fixierbar ist, insbesondere wobei der Außengewindeabschnitt einstückig mit der Kraftmesseinrichtung ausgebildet ist. Diese Verstelleinrichtung ist besonders einfach einzurichten. Bevorzugt sind ein Gewinde der Kontakteinrichtung (für die Anlageeinrichrtung) und ein Außengewindeabschnitt der Verstelleinrichtung (zum Durchragen der Öffnung im Spannstück) koaxial angeordnet. Die Kontakteinrichtung, die Kraftmesseinrichtung und der Außengewindeabschnitt können insgesamt einstückig ausgebildet sein.
Eine andere Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Spannvorrichtung die Anlageeinrichtung umfasst,
und dass die Verstelleinrichtung umfasst

- einen an der Kontakteinrichtung ausgebildeten ersten Gewindeabschnitt, insbesondere Außengewindeabschnitt,
- einen an der Anlageeinrichtung ausgebildeten zweiten Gewindeabschnitt, insbesondere Innengewindeabschnitt, zum Zusammenwirken mit dem ersten Gewindeabschnitt,
- ein Kontermittel, insbesondere ein Gewindestift, mit einem dritten Gewindeabschnitt, insbesondere Außengewindeabschnitt, zum Zusammenwirken mit dem zweiten Gewindeabschnitt und zum Verspannen der Anlageeinrichtung gegen die Kontakteinrichtung in verschiedenen Positionen der Anlageeinrichtung gegenüber der Kontakteinrichtung. Diese Verstelleinrichtung kann jenseits der Kraftmesseinrichtung (vom Spannstück abgewandt) eingerichtet werden, so dass die Befestigung der Kraftmesseinrichtung am Spannstück besonders robust erfolgen kann. Insbesondere kann beim Verstellen eine Verdrehung der Kraftmesseinrichtung gegenüber dem Spannstück vermieden werden, und damit auch eine entsprechende Verdrehung (Verdrillung) eines Kabels von der Kraftmesseinrichtung zu einer Elektronik.

Erfindungsgemäße Verwendungen
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Spannvorrichtung zur Überwachung von Prozessen an Werkstücken,
wobei eine Vielzahl von Werkstücken mittels der Spannvorrichtung nacheinander gegen eine Maschinenbasis verspannt wird und im verspannten Zustand ein Prozess an den Werkstücken erfolgt,
wobei der Prozess an den Werkstücken eine Bearbeitung, insbesondere eine Kraft in die Werkstücke einleitende Bearbeitung, und/oder eine Vermessung der Werkstücke umfasst,
wobei während des Prozesses eine Spannkraft der Spannvorrichtung über die Kraftmesseinrichtung auf das jeweilige Werkstück übertragen wird,
und wobei zumindest während eines Teils des Prozesses an einem jeweiligen Werkstück, und bevorzugt während des gesamten Prozesses an einem jeweiligen Werkstück, die von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft überwacht wird. Bei Kenntnis der Spannkraft kann rückgeschlossen werden, ob der Prozess an einem jeweiligen Werkstück korrekt oder fehlerhaft abgelaufen ist (soweit es seine Verspannung betrifft). Typische Bearbeitungen der Werkstücke umfassen z.B. Fräsen und/oder Bohren und/oder Schweißen.
Typische Messungen umfassen z.B. Längenmessungen und Rundheitsmessungen.
Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Verwendung wird der Prozess an einem Werkstück als fehlerhaft eingestuft, wenn während des Prozesses die von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft einen unteren Grenzwert unterschreitet. Das Unterschreiten des unteren Grenzwerts (auch unterer Prozessgrenzwert genannt) deutet an, dass die Spannkraft wahrscheinlich nicht ausgereicht hat, um das Werkstück während des Prozesses in konstanter Position zu halten, wodurch es wahrscheinlich zu Bearbeitungsfehlern oder Messfehlern gekommen ist. Entsprechend wird das Werkstück als fehlerhaft eingestuft, und sodann überprüft und/oder nachbearbeitet und/oder aussortiert.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer vorteilhaften Variante vorgesehen sein, dass der Prozess an einem Werkstück als fehlerhaft eingestuft wird, wenn während des Prozesses die von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft einen oberen Grenzwert überschreitet. Bei einer zu großen Spannkraft bzw. Überschreiten des oberen Grenzwerts (auch oberer Prozessgrenzwert genannt) kann es zu unerwünschten (auch plastischen) Verformungen am Werkstück kommen, die ebenfalls Bearbeitungsfehler oder Messfehler bewirken können, oder direkt das Werkstück beschädigen und dadurch unbrauchbar machen. Typischerweise wird das fehlerhafte Werkstück aussortiert.
Werden sowohl der untere Prozessgrenzwert als auch der obere Prozessgrenzwert überwacht, wird im Ergebnis die Einhaltung eines Sollintervalls der Spannkraft während des Prozesses überwacht bzw. sichergestellt.
Ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt eine Verwendung einer erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Spannvorrichtung zur Überwachung von Prozessen an Werkstücken,
wobei eine Vielzahl von Werkstücken mittels der Spannvorrichtung nacheinander gegen eine Maschinenbasis verspannt wird und im verspannten Zustand ein Prozess an den Werkstücken erfolgt,
wobei der Prozess an den Werkstücken eine Bearbeitung, insbesondere eine Kraft in die Werkstücke einleitende Bearbeitung, und/oder eine Vermessung der Werkstücke umfasst,
wobei während des Prozesses eine Spannkraft der Spannvorrichtung über die Kraftmesseinrichtung auf das jeweilige Werkstück übertragen wird,
und wobei zumindest vor Beginn des Prozesses nach dem Verspannen an der Maschinenbasis an einem jeweiligen Werkstück die von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft überprüft wird. Bei Kenntnis der
Spannkraft kann rückgeschlossen werden, ob der Prozess an einem jeweiligen Werkstück wahrscheinlich korrekt oder fehlerhaft ablaufen wird (soweit es seine Verspannung betrifft). Die Überprüfung erfolgt in genau demselben Zustand des Werkstücks, der auch beim Prozess vorliegen wird, so dass die Überprüfung besonders aussagekräftig ist. Typische Bearbeitungen der Werkstücke umfassen z.B. Fräsen und/oder Bohren und/oder Schweißen. Typische Messungen umfassen z.B. Längenmessungen und Rundheitsmessungen.
Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Verwendung wird für ein Werkstück der Prozess nicht begonnen, wenn die vor Beginn des Prozesses von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft einen unteren Grenzwert unterschreitet. Das Unterschreiten des unteren Grenzwerts (auch genannt unterer Freigabegrenzwert) deutet an, dass die Spannkraft wahrscheinlich nicht ausgereichen wird, um das Werkstück während der des Prozesses in konstanter Position zu halten, wodurch es wahrscheinlich zu Bearbeitungsfehlem oder Messfehlern kommen würde. Entsprechend wird der Prozess nicht begonnen. Stattdessen wird typischerweise das Werkstück aussortiert, und mit dem nächsten Werkstück fortgefahren (mit Überprüfung der Spannkraft, und sodann Durchführung des Prozesses an diesem Werkstück oder ggf. Aussortieren, und so fort).
Alternativ oder zusätzlich kann in einer vorteilhaften Variante vorgesehen sein, dass für ein Werkstück der Prozess nicht begonnen wird, wenn die vor Beginn des Prozesses von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft einen oberen Grenzwert überschreitet. Bei einer zu großen Spannkraft bzw. Überschreiten des oberen Grenzwerts (auch oberer Freigabegrenzwert genannt) kann es zu unerwünschten (auch plastischen) Verformungen am Werkstück kommen, die ebenfalls Bearbeitungsfehler oder Messfehler bewirken können, oder direkt das Werkstück beschädigen und dadurch unbrauchbar machen. Typischerweise wird das fehlerhafte Werkstück aussortiert.
Werden sowohl der untere Freigabegrenzwert als auch der obere Freigabegrenzwert überprüft, wird im Ergebnis die Einhaltung eines Sollintervalls der Spannkraft vor dem Prozess überprüft bzw. sichergestellt.
Es ist auch möglich, eine Überprüfung der Spannkraft vor Beginn des Prozesses und eine Überwachung der Spannkraft während des Prozesses bei einem jeweiligen Werkstück zu kombinieren.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, die als Horizontalspanner ausgebildet ist, in verspanntem Zustand;
2 die Spannvorrichtung von 1, in schematischer Perspektivansicht;
3 die Spannvorrichtung von 1, in schematischer Seitenansicht, in entspanntem Zustand;
4 einen schematischen Längsschnitt durch die Spannvorrichtung von 1 im Bereich einer Verstelleinrichtung, die eine Anlageeinrichtung variabel positioniert;
5 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, mit einer Verstelleinrichtung, die die Kraftmesseinrichtung variabel positioniert;
6 einen schematischen Längsschnitt durch die Spannvorrichtung von 5 im Bereich der Verstelleinrichtung;
7 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform von 1, jedoch mit Mitteln zur drahtlosen Signalübertragung;
8 eine schematische Unteransicht der Spannvorrichtung von 1, mit dem Elektronikgehäuse montiert in einer ersten Stellung;
9 die Spannvorrichtung von 8, jedoch mit dem Elektronikgehäuse montiert in einer zweiten Stellung, die gegenüber der ersten Stellung um 90° verdreht ist;
10 eine schematische Perspektivdarstellung der Spannvorrichtung von 9;
11 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, die als Schubstangenspanner ausgebildet ist, im entspannten Zustand;
12 die Spannvorrichtung von 11, in einer schematischen Perspektivansicht von schräg oben;
13 die Spannvorrichtung von 11, im verspannten Zustand, mit Maschinenbett und Werkstück;
14 einen schematischen Längsschnitt durch die Spannvorrichtung von 13, im Bereich einer Verstelleinrichtung mit Anlageeinrichtung;
15 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kraftmesseinrichtung für die Erfindung;
16 ein Ablaufdiagramm einer Variante einer erfindungsgemäßen Verwendung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.

Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 ist in 1 (Seitenansicht im verspannten Zustand), 2 (Perspektivansicht von schräg oben im verspannten Zustand, ohne Werkstück und Maschinenbett) und 3 (Seitenansicht im entspannten Zustand) gezeigt. Die Spannvorrichtung 1 ist hier als ein Kniehebelspanner nach Art eines Horizontalspanners ausgebildet.
Die Spannvorrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2, der hier durch ein Elektronikgehäuse 3 hindurch auf einem Maschinenbett 4 verankert ist, etwa mittels Schraubbolzen (nicht näher dargestellt). Das Elektronikgehäuse 3 ist mit Schrauben 24 am Grundkörper 2 befestigt. Der Grundkörper 2 und das Elektronikgehäuse 3 bleiben somit bei Benutzung, insbesondere beim Verspannen und Entspannen der Spannvorrichtung 1, stationär.
Die Spannvorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Spannstück 5, hier einen Spannarm 6, der am Grundkörper 2 beweglich gelagert ist, hier verschwenkbar um eine Hauptachse HA. Eine Kraftmesseinrichtung 7 ist hier mit einem oberen Ende 8 am Spannstück 5 starr befestigt. Am unteren Ende 9 der Kraftmesseinrichtung 7 ist eine Kontakteinrichtung 10 ausgebildet (in 1-3 verdeckt, vgl. dazu aber 4), an der eine Anlageeinrichtung 11 starr befestigt ist. Die Anlageeinrichtung 11 bildet an einer Unterseite eine Anlagefläche 12 aus, mit der die Anlageeinrichtung 11 im verspannten Zustand (vgl. 1) an einem Werkstück 19 aufliegt, das zwischen der Anlageeinrichtung 11 und dem Maschinenbett 4 verspannt (eingeklemmt) ist.
Am Grundkörper 2 ist ein erstes Spannelement 13 verschwenkbar um eine erste Verschwenkachse S1 gelagert. Weiterhin ist am Spannstück 5 ein zweites Spannelement 14 verschwenkbar um eine zweite Verschwenkachse S2 gelagert. Zudem sind das erste Spannelement 13 und das zweite Spannelement 14 über eine dritte Verschwenkachse S3 gelenkig miteinander verbunden. Die drei Verschwenkachsen S1, S2, S3 und die Hauptachse HA liegen parallel zueinander. Am zweiten Spannelement 14 ist hier ein Handgriff 15 ausgebildet, mit dem die Spannmittel 16, die im Wesentlichen die beiden Spannelemente 13, 14 und deren Verschwenkachsen S1, S2, S3 umfassen, vom entspannten Zustand (vgl. 3) in den verspannten Zustand (vgl. 1, 2) überführt werden können.
Im verspannten Zustand ist der Handgriff in Seitenansicht (vgl. 1) in Pfeilrichtung 17 nach links unten bis zu einem gegenseitigen Anschlag 27 von hier zweitem Spannelement 14 und Grundkörper 2 verschwenkt. Die Verschwenkachse S3 liegt dabei geringfügig jenseits einer Verbindungsebene VE, die die beiden anderen Verschwenkachsen S1, S2 enthält, d.h. auf der Seite der Verbindungsebene VE, auf die zu die Spannmittel 16 an den Anschlag 27 fahren. Das Spannstück 5 liegt in seiner Endlage näherungsweise horizontal und erzeugt in näherungsweise vertikaler Richtung eine Spannkraft SK auf das Werkstück 19, wobei die Spannvorrichtung 1 geringfügig elastisch verformt wird, etwa durch eine Biegung im Bereich des Spannstücks 5. Die Spannkraft SK wird dabei über die Kraftmesseinrichtung 7 übertragen. Entsprechend kommt es auch zu einer gewissen elastischen Verformung im Bereich der Kraftmesseinrichtung 7, die detektiert wird (vgl. 15). Die Spannkraft SK drückt im verspannten Zustand die Spannmittel 16 bzw. hier das zweite Spannelement 14 gegen den Anschlag 27 („Selbsthemmung“).
Im entspannten Zustand ist der Handgriff 15 in Seitenansicht (vgl. 3) in Pfeilrichtung 18 nach rechts oben verschwenkt, wodurch auch das Spannstück 5 um die Hauptachse HA vom Maschinenbett 3 weg verschwenkt ist, vgl. Pfeilrichtung 25.
In der gezeigten Ausführungsform werden, wie beispielsweise in 2 ersichtlich ist, elektrische Signale der Kraftmesseinrichtung 7 über ein Kabel 20 an eine Elektronik 21 (in 2 verdeckt) im Elektronikgehäuse 3 geleitet. Die elektrischen Signale werden von der Elektronik 21 hier verstärkt und verarbeitet, so dass ein Stromstärkesignal an einer Steckverbindung 22 zur Verfügung gestellt wird; die Steckverbindung 22 stellt hier die Schnittstelle 23 der Elektronik 21dar. Typischerweise wird eine Steuereinrichtung mit einem passenden Stecker (nicht dargestellt) an die Steckverbindung 22 bzw. die Schnittstelle 23 angeschlossen. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel mit einer automatischen Werkstückhandhabung (nicht dargestellt) zusammenwirken, oder auch mit einem Aktuator (nicht dargestellt) zusammenwirken, der die Spannmittel 16 automatisch betätigt.
Die 4 erläutert den Bereich der Kraftmesseinrichtung 7 der Spannvorrichtung von 1 im verspannten Zustand und die Anlage am Werkstück 19 in einem Längsschnitt näher (vgl. die zugehörige Längsschnittebene IV in 1).
An der Kraftmesseinrichtung 7 ist am oberen Ende 8 ein Außengewindeabschnitt 40 ausgebildet, der eine Öffnung 41 im Spannstück 5 durchragt. Auf dem Außengewindeabschnitt 40 sind beidseits der Öffnung 41 Muttern 42, 43 aufgeschraubt, die die Öffnung 41 (bzw. deren Rand) radial nach außen überragen. Die Muttern 42, 43 verklemmen zwischen sich das Spannstück 5, wodurch die Kraftmesseinrichtung 7 am Spannstück 5 starr befestigt ist.
Am unteren Ende 9 der Kraftmesseinrichtung 7 ist die Kontakteinrichtung 10 ausgebildet, die hier ein Gewinde 44, nämlich einem Außengewinde, umfasst. An diesem Gewinde 44 ist die hier hülsenartige Anlageeinrichtung 11 aufgeschraubt. Die Anlageeinrichtung 11 verfügt über die hier ringförmige Anlagefläche 12, mit der sie auf das zu verspannende Werkstück 19 drückt.
An der Spannvorrichtung ist eine Verstelleinrichtung 45 ausgebildet, mit der hier ein Abstand AB der Anlageeinrichtung 11 von der Kraftmesseinrichtung 7 eingestellt werden kann. Der Abstand AB wird hier gemessen zwischen dem unteren Ende (Unterseite 26) der Kraftmesseinrichtung 7 und dem unteren Ende (Anlagefläche 12) der Anlageeinrichtung 11.
Die Verstelleinrichtung 45 nutzt dabei einen ersten Gewindeabschnitt 46, hier Außengewindeabschnitt, an der Kontakteinrichtung 10 (also das Gewinde 44). Darauf wird die Anlageeinrichtung 11 mit einem zweiten Gewindeabschnitt 47, hier einem Innengewindeabschnitt, aufgeschraubt, wobei der gewünschte Abstand AB eingestellt wird. In dieser Relativposition wird ein Kontermittel 48, hier ein Gewindestift, mit einem dritten Gewindeabschnitt 49, hier einem Außengewindeabschnitt, in die Anlageeinrichtung 11 von unten eingeschraubt. Das Kontermittel 48 läuft dabei schließlich gegen die Unterseite 26 der Kontakteinrichtung 10 und wird dann gegen die Kontakteinrichtung 10 verspannt. Dadurch ist die relative Position von Anlageeinrichtung 11 und Kontakteinrichtung 10 gesichert.
Zum Verstellen des Abstands AB kann das Kontermittel 48 gelöst werden, die Position der Anlageeinrichtung 11 am ersten Gewindeabschnitt 46 korrigiert werden, und das Kontermittel 48 wieder verspannt werden. Das Kontermittel 48 kann über einen Innenvielkant 50 betätigt werden.
In einer Ausführungsform der Spannvorrichtung 1 ohne Anlageeinrichtung 11 (nicht näher dargestellt) kann auch die Unterseite 26 der Kontakteinrichtung 10 direkt an das Werkstück 19 angelegt werden.
Die 5 zeigt eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 ähnlich der Ausführungsform von 1, so dass hier nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden. 6 zeigt wiederum einen Längsschnitt im Bereich der Kraftmesseinrichtung 7, vgl. Schnittebene VI in 5.
Am Spannstück 5 ist wiederum die Kraftmesseinrichtung 7 mit einem Außengewindeabschnitt 40 an seinem oberen Ende 8 mittels zweier Muttern 51, 52 befestigt. Die 51, 52 Muttern übergreifen die Öffnung 41 bzw. deren Rand nach radial außen und klemmen das Spannstück 5 zwischen sich ein. Die obere Mutter 52 steht nach oben gegenüber dem Spannstück 5 deutlich über, so dass ein Außenmehrkant 53, hier Außensechskant, leicht betätigt werden kann. Zudem ist der Außengewindeabschnitt 40 ausreichend lang, um die obere Mutter 52 über einen weiteren Bereich axial zu verstehen, und dadurch einen Abstand AB zwischen Spannstück 5 und Kraftmesseinrichtung 7 einzustellen. Der Abstand AB wird hier zwischen der Unterkante des Spannstücks 5 und der Unterseite 26 der Kraftmesseinrichtung 7 gemessen. Die untere Mutter 51 wird von unten gegen das Spannstück 5 geschraubt und mit der Mutter 52 als Gegenlager verspannt. Die Muttern 51, 52 zusammen mit dem Außengewindeabschnitt 41 bilden hier eine Verstelleinrichtung 54.
Die 7 illustriert eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1, die wiederum ähnlich zur Ausführungsform von 1 ist, so dass nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden. Bei dieser Ausführungsform sind Mittel zur drahtlosen Signalübertragung 71, insbesondere HF-Übertragungsmittel, vorgesehen, mit denen verstärkte und/oder verarbeitete Signale von der Elektronik 21 an einen nicht näher dargestellten Empfänger, etwa einer Steuereinrichtung, drahtlos übertragen werden können. Entsprechend stellen die Mittel zur drahtlosen Signalübertragung 71 eine Schnittstelle 23 dar. Die Mittel zur drahtlosen Signalübertragung 71 verfügen hier über eine HF-Antenne 72 und sind am Elektronikgehäuse 3 angebaut.
Die 8 illustriert nochmals die Spannvorrichtung 1 von 1 in einer Ansicht auf die Unterseite, wobei das Elektronikgehäuse 3 in einer ersten Stellung am Grundkörper montiert ist; hierbei steht die Steckverbindung 22 seitlich ab. Wie aus 9 (Ansicht auf die Unterseite) und 10 (perspektivische Ansicht auf die Unterseite) ersichtlich ist, kann das Elektronikgehäuse 3 auch um 90° verdreht am Grundkörper 2 befestigt werden; hierbei ragt die Steckverbindung 22 in Richtung des Handgriffs 15. In beiden Stellungen fluchten Befestigungsausnehmungen 81 des Grundkörpers 2 mit Freiräumen 82 des Elektronikgehäuses 3, so dass eine Befestigung des Grundkörpers 2 an einem Maschinenbett mittels Schraubbolzen durch die Befestigungsausnehmungen 81 und die Freiräume 82 hindurch in beiden Stellungen leicht möglich ist.
In 9 ist auch ein Durchbruch 83 im Elektronikgehäuse 3 für ein Kabel (nicht dargestellt) von der Kraftmessvorrichtung 7 zu einer Durchführung 84 in das Elektronikgehäuse 3 zur Elektronik 21 (verdeckt) gut erkennbar.
Eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 ist in 11 (Seitenansicht im entspannten Zustand), 12 (perspektivische Ansicht von schräg oben im entspannten Zustand) und 13 (Seitenansicht im verspannten Zustand, mit Maschinenbett und Werkstück) dargestellt. Die Spannvorrichtung 1 ist hier als ein Schubstangenspanner ausgebildet.
In einem Grundkörper 2, der hier einen Befestigungswinkel 91 und zwei Grundkörpermuttern 92, 93 umfasst, ist ein Spannstück 5 in einer hier horizontalen Verfahrrichtung VR verfahrbar gelagert; das Spannstück 5 wird auch als Schubstange 94 bezeichnet. Der Befestigungswinkel 91 ist in nicht näher dargestellter Weise über ein Elektronikgehäuse 3 am Maschinenbett 4 befestigt. Ein näherungsweise dreieckförmiges, erstes Spannelement 13 ist um eine erste Verschwenkachse S1 am Grundkörper 2 verschwenkbar gelagert. Ein zweites Spannelement 14, das mit einem Handgriff 15 ausgebildet ist, ist um eine zweite Verschwenkachse S2 am Spannstück 5 verschwenkbar befestigt. Schließlich sind das erste Spannelement 13 und das zweite Spannelement 14 um eine dritte Verschwenkachse S3 gegeneinander verschwenkbar.
Im entspannten Zustand ist in der Seitenansicht von 11 der Handgriff 15 nach rechts unten in Pfeilrichtung 95 verfahren, und die Schubstange 94 ist weitestgehend zurückgezogen (vgl. 12). Im verspannten Zustand ist in der Seitenansicht von 13 der Handgriff 15 nach links oben in Pfeilrichtung 96 bis an einen nicht näher dargestellten Anschlag verschwenkt, wobei die Schubstange 94 eine weitestgehend ausgefahrene Endlage erreicht. In dieser drückt die Schubstange 94 über eine Kraftmesseinrichtung 7 und eine Anlageeinrichtung 11 auf ein Werkstück 19, das gegen das Maschinenbett 4 verspannt wird.
Man beachte, dass beim Überführen der Spannmittel 16 vom entspannten Zustand in den verspannten Zustand oder umgekehrt der Handgriff 15 (bzw. das zweite Spannelement 14)hier um ca. 180° verschwenkt wird. Dabei verschwenkt auch das erste Spannelement 13 um die erste Verschwenkachse S1 etwas nach unten und wieder zurück; in den beiden Endlagen von 11 und 13 ist in der gezeigten Ausführungsform jedoch die Stellung des ersten Spannelements 13 näherungsweise gleich.
In der 14 ist ein Längsschnitt durch die Spannvorrichtung 1 von 13 im in 13 mit XIV markierten Bereich gezeigt. Die Kraftmesseinrichtung 7 ist zur Befestigung am Spannstück 5 bzw. an der Schubstange 94 mit einem Außengewindeabschnitt 40 in einen Innengewindeabschnitt 97 des Spannstücks 5 eingeschraubt; die Verschraubung ist mit einer Kontermutter 98 gesichert. Am vorderen Ende der Kraftmesseinrichtung 7 ist eine Kontakteinrichtung 10 mit einem Gewinde 44 ausgebildet, auf das die Anlageeinrichtung 11 aufgeschraubt ist. Der Abstand AB zwischen Anlageeinrichtung 11 und Kraftmesseirichtung 45 ist über eine Verstelleinrichtung 45, wie in 4 dargestellt, verstellbar.
Die 15 illustriert in einem Längsschnitt eine Kraftmesseinrichtung 7, wie sie mit der Erfindung verwendet werden kann, etwa in der Spannvorrichtung von 1.
In der gezeigten Ausführungsform ist in einem hier ausgebauchten, mittleren Teil 104 der Kraftmesseinrichtung 7 an einer Innenwand 100 ein Dehnmesstreifen 101 befestigt, hier parallel zur Richtung der Spannkraft („Spannrichtung“). Bei Übertragung bzw. Ausübung einer Spannkraft SK über die Kraftmesseinrichtung 7 kommt es zu einer elastischen Verformung der Innenwand 101, etwa einer Stauchung. Diese elastische Verformung verursacht eine Änderung des elektrischen Widerstands im Dehnmessstreifen 101, der über die Zuleitungen 102, 103 gemessen werden kann. Die Zuleitungen 102, 103 können als ein Kabel zu einer Elektronik geführt werden (nicht näher dargestellt).
Mit einem hinteren (hier oberen) Teil 105 der Kraftmesseinrichtung 7 erfolgt die Befestigung am Spannstück. Mit einem vorderen (hier unteren) Teil 106 der Kraftmesseinrichtung 7 wird direkt oder indirekt das zu verspannende Werkstück kontaktiert. Durch die Außenfläche des vorderen Teils 106 wird hier die Kontakteinrichtung 10 ausgebildet, nämlich mit einem außenseitlichen Gewinde 44 (zum Aufschrauben einer Anlageeinrichtung) und/oder durch die Unterseite (Vorderfläche) 26 (zur direkten Anlage an ein Werkstück). Die Kontakteinrichtung 10 und die Kraftmesseinrichtung 7 sind hier also zusammen einstückig ausgebildet. Funktional liegt die Kraftmesseinrichtung 7 zwischen Kontakteinrichtung 10 und Spannstück, so dass die Spannkraft SK, die durch das Spannstück auf das Werkstück ausgeübt wird, vollständig durch die Kraftmesseinrichtung 7 geleitet wird und vermessen werden kann.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Variante einer erfindungsgemäßen Verwendung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit integrierter Kraftmesseinrichtung. Im Rahmen der Verwendung soll eine Vielzahl von Werkstücken eines Werkstücktyps einem einheitlichen Prozess unterzogen werden, der hier beispielsweise eine Fräsbearbeitung und eine Dickenmessung umfasst. Die Spannvorrichtung sei bereits auf den Werkstücktyp eingestellt. Entsprechend erfährt ein Werkstück, dass genau die „Sollmaße“ dieses Werkstücktyps einhält, eine gewünschte „Sollspannkraft“, hier beispielhaft ca. 100 N, die für das Werkstück und den gewünschten Prozess gut geeignet ist. Durch Fertigungstoleranzen bei den Werkstücken kann es jedoch zu Abweichung von der Sollspannkraft kommen. Werkstücke mit geringerer Höhe (in Spannrichtung) als gemäß Sollmaßen vorgesehen erfahren eine geringere Spannkraft als die Sollspannkraft, und Werkstücke mit größerer Höhe erfahren eine höhere Spannkraft. Erfahrungsgemäß sollte im illustrierten Beispiel während des Prozesses eine Spannkraft SK von 80 N nicht unterschritten werden, da ansonsten das Werkstück beim Fräsen verrutscht. Zudem sollte eine Spannkraft SK von 200 N nicht überschritten werden, da ansonsten das Werkstück plastisch verformt wird. Erfahrungsgemäß treten in dem Beispiel weiterhin während des gewählten Prozesses meist Schwankungen der am Werkstück wirkenden Spannkraft SK von +/- 10 N gegenüber einem Anfangswert auf, bedingt etwa durch Krafteinträge aus Werkzeugen (etwa Fräswerkzeugen), die während des Prozesses auf das Werkstück einwirken. Gemäß der beispielhaften Variante wird daher wie folgt vorgegangen:
In einem ersten Schritt wird ein neues Werkstück in der Spannvorrichtung verspannt 200. Sodann wird die aktuelle Spannkraft SK mit einem unteren Freigabegrenzwert uFGW von hier 90 N und einem oberen Freigabegrenzwert oFGW von hier 190 N verglichen 210.
Wenn die Spannkraft SK im Bereich von uFGW bis oFGW, also zwischen 90 N und 190 N liegt, wird der Prozess am Werkstück begonnen 220. Falls nicht, ist aufgrund der aktuellen Spannkraft oder auch aufgrund von üblichen Schwankungen der Spannkraft (von hier 10 N) um den anfänglichen Spannkraftwert herum im Prozess zu erwarten, dass das erlaubte Spannkraftintervall von 80 N bis 200 N nicht eingehalten werden wird; entsprechend wird das Werkstück dann als fehlerhaft eingestuft 230 und üblicherweise aussortiert 240. Das Verfahren wird dann mit dem Verspannen eines nächsten neuen Werkstücks 200 fortgesetzt.
Nach Beginn des Prozesses 220, also während des laufenden Prozesses am Werkstück, wird die aktuelle Spannkraft SK kontinuierlich überwacht und mit einem unteren Prozessgrenzwert uPGW von hier 80 N und einem oberen Prozessgrenzwert oPGW von hier 200 N verglichen 250. Wenn die Spannkraft SK außerhalb des zulässigen Intervalls von uPGW bis oPGW, also außerhalb von 80 N bis 200 N, liegen sollte, wird der Prozess abgebrochen 260, und das Werkstück als fehlerhaft eingestuft 270. Üblicherweise wird das Werkstück dann aussortiert 240, und das Verfahren wird mit dem nächsten Werkstück fortgesetzt, das an der Spannvorrichtung verspannt wird 200. Wenn die Spannkraft SK im erlaubten Intervall von uPGW bis oPGW bleibt, wird der Prozess fortgesetzt und die Spannkraft SK weiter überwacht 250. Wenn schließlich eine Überprüfung 280 ergibt, dass der Prozess regulär beendet wurde (also alle vorgesehenen Bearbeitungen und Messungen an diesem Werkstück durchgeführt wurden), wird das prozessierte Werkstück für gut befunden 290. Sodann kann das Verfahren mit dem Verspannen des nächsten Werkstücks fortgesetzt werden 200, und so fort.
Die guten Werkstücke werden typischerweise gesammelt und/oder weiter verwendet (etwa in nachfolgenden Bearbeitungs- oder Fügeprozessen).
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Grundkörper
3: Elektronikgehäuse
4: Maschinenbett
5: Spannstück
6: Spannarm
7: Kraftmesseinrichtung
8: oberes Ende
9: unteres Ende
10: Kontakteinrichtung
11: Anlageeinrichtung
12: Anlagefläche
13: erstes Spannelement
14: zweites Spannelement
15: Handgriff
16: Spannmittel
17: Pfeilrichtung
18: Pfeilrichtung
19: Werkstück
20: Kabel
21: Elektronik
22: Steckverbindung
23: Schnittstelle
24: Schraube
25: Pfeilrichtung
26: Unterseite
27: Anschlag
40: Außengewindeabschnitt
41: Öffnung
42: Mutter
43: Mutter
44: Gewinde
45: Verstelleinrichtung
46: erster Gewindeabschnitt
47: zweiter Gewindeabschnitt
48: Kontermittel
49: dritter Gewindeabschnitt
50: Innenvielkant
51: Mutter
52: Mutter
53: Außenmehrkant
54: Verstelleinrichtung
71: Mittel zur drahtlosen Signalübertragung
72: Antenne
81: Befestigungsausnehmungen
82: Freiräume
83: Durchbruch
84: Durchführung
91: Befestigungswinkel
92: Grundkörpermutter
93: Grundkörpermutter
94: Schubstange
95: Pfeilrichtung
96: Pfeilrichtung
97: Innengewindeabschnitt
98: Kontermutter
100: Innenwand
101: Dehnmessstreifen
102: Leitung
103: Leitung
104: mittlerer Teil
105: hinterer Teil
106: vorderer Teil
200: Verspannen neues Werkstück
210: Prüfung: SK≥uFGW und SK≤oFGW?
220: Beginn Prozess
230: Einstufung Werkstück fehlerhaft
240: Werkstück aussortieren
250: Prüfung: SK≥uPGW und SK≤oPGW?
260: Prozess abbrechen
270: Einstufung Werkstück fehlerhaft
280: Prüfung: Prozess beendet?
290: Einstufung Werkstück gut
AB: Abstand
HA: Hauptachse
oFGW: oberer Freigabegrenzwert
oPGW: oberer Prozessgrenzwert
SK: Spannkraft
S1: erste Verschwenkachse
S2: zweite Verschwenkachse
S3: dritte Verschwenkachse
uFGW: unterer Freigabegrenzwert
uPGW: unterer Prozessgrenzwert
VE: Verbindungsebene
VR: Verfahrrichtung

Claims

Spannvorrichtung (1) zum Verspannen eines Werkstücks (19), umfassend - einen Grundkörper (2), - ein Spannstück (5), das am Grundkörper (2) beweglich gelagert ist, so dass das Spannstück (5) von einem entspannten Zustand in einen verspannten Zustand überführt werden kann, - Spannmittel (16) zum Überführen des Spannstücks (5) von dem entspannten Zustand in den verspannten Zustand und umgekehrt, wobei im verspannten Zustand des Spannstücks (5) das Spannstück (5) eine durch die Spannvorrichtung (1) mittels eines Anschlags (27) definierte Endlage gegenüber dem Grundkörper (2) einnimmt, - und eine Kontakteinrichtung (10) zur Anlage an ein zu verspannendes Werkstück (19) oder zur Befestigung einer Anlageeinrichtung (11) für ein zu verspannendes Werkstück (19), wobei die Kontakteinrichtung (10) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) weiterhin umfasst - eine Kraftmesseinrichtung (7), dass die Kraftmesseinrichtung (7) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist, und dass die Kraftmesseinrichtung (7) zwischen der Kontakteinrichtung (10) und dem Spannstück (5) angeordnet ist, so dass die Kontakteinrichtung (10) über die Kraftmesseinrichtung (7) starr mit dem Spannstück (5) verbunden ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) als ein Kniehebelspanner ausgebildet ist, wobei die Spannmittel (16) ausgebildet sind - mit einem ersten Spannelement (13), das um eine erste Verschwenkachse (S1) am Grundkörper (2) verschwenkbar gelagert ist, - und mit einem zweiten Spannelement (14), das um eine zweite Verschwenkachse (S2) am Spannstück (5) verschwenkbar gelagert ist, wobei das erste Spannelement (13) und das zweite Spannelement (14) um eine dritte Verschwenkachse (S3) gegeneinander verschwenkbar sind, insbesondere wobei an einem der Spannelemente (13, 14) ein Handgriff (15) oder ein Aktuator angeordnet ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannstück (5) als ein Spannarm (6) ausgebildet ist, der um eine Hauptachse (HA) am Grundkörper (2) verschwenkbar gelagert ist, insbesondere wobei die Spannvorrichtung (1) als Horizontalspanner oder Vertikalspanner ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannstück (5) als eine Schubstange (94) ausgebildet ist, die entlang einer Verfahrrichtung (VR) am Grundkörper (2) verfahrbar gelagert ist, insbesondere wobei die Verfahrrichtung (VR) horizontal oder vertikal verläuft.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (7) wenigstens einen Dehnmessstreifen (101) umfasst.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) eine Elektronik (21) umfasst, die elektrische Signale der Kraftmesseinrichtung (7) verstärkt und/oder verarbeitet, und dass die Elektronik (21) eine Schnittstelle (23) umfasst, an der die verstärkten und/oder verarbeiteten Signale zur Verfügung gestellt werden.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (23) Mittel zur drahtlosen Signalübertragung (71) umfasst, insbesondere zur HF-Signalübertragung.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (21) am Grundkörper (2) befestigt ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (21) in einem eigenen Elektronikgehäuse (3) angeordnet ist, welches am Grundkörper (2) befestigt ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (2) Befestigungsausnehmungen (81) ausgebildet sind, die mit einem Freiraum (82) oder Freiräumen (82) des Elektronikgehäuses (3) fluchten, so dass der Grundkörper (2) mittels der Befestigungsausnehmungen (81) durch den Freiraum (82) oder die Freiräume (82) hindurch montierbar ist, etwa auf einem Maschinenbett (4).
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (10) ein Gewinde (44), insbesondere ein Außengewinde, zum Aufschrauben einer Anlageeinrichtung (11) umfasst, insbesondere wobei die Kontakteinrichtung (10) einstückig mit der Kraftmesseinrichtung (7) ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) weiterhin eine Verstelleinrichtung (45; 54) umfasst, mit der ein Abstand (AB) zwischen der Kraftmesseinrichtung (7) und dem Spannstück (5) oder zwischen der Kraftmesseinrichtung (7) und der Kontakteinrichtung (10) oder zwischen der Kontakteinrichtung (10) und einer Anlageeinrichtung (11) veränderbar ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (54) einen mit der Kraftmesseinrichtung (7) starr verbundenen Außengewindeabschnitt (40) und zwei Muttern (51, 52) umfasst, wobei der Außengewindeabschnitt (40) wenigstens eine Öffnung (41) im Spannstück (5) durchragt und auf dem Außengewindeabschnitt (40) die wenigstens zwei Muttern (51, 52) angeordnet sind, die die wenigstens eine Öffnung (41) umgreifen, und mit denen der Außengewindeabschnitt (40) in verschiedenen Positionen gegenüber dem Spannstück (5) fixierbar ist, insbesondere wobei der Außengewindeabschnitt (40) einstückig mit der Kraftmesseinrichtung (7) ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (45) die Anlageeinrichtung (11) umfasst, und dass die Verstelleinrichtung (45) umfasst - einen an der Kontakteinrichtung (10) ausgebildeten ersten Gewindeabschnitt (46), insbesondere Außengewindeabschnitt, - einen an der Anlageeinrichtung (11) ausgebildeten zweiten Gewindeabschnitt (47), insbesondere Innengewindeabschnitt, zum Zusammenwirken mit dem ersten Gewindeabschnitt (46), - ein Kontermittel (48), insbesondere ein Gewindestift, mit einem dritten Gewindeabschnitt (49), insbesondere Außengewindeabschnitt, zum Zusammenwirken mit dem zweiten Gewindeabschnitt (47) und zum Verspannen der Anlageeinrichtung (11) gegen die Kontakteinrichtung (10) in verschiedenen Positionen der Anlageeinrichtung (11) gegenüber der Kontakteinrichtung (10).
Verwendung einer Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Überwachung von Prozessen an Werkstücken (19), wobei eine Vielzahl von Werkstücken (19) mittels der Spannvorrichtung (1) nacheinander gegen eine Maschinenbasis (4) verspannt wird (200) und im verspannten Zustand ein Prozess an den Werkstücken (19) erfolgt, wobei der Prozess an den Werkstücken (19) eine Bearbeitung, insbesondere eine Kraft in die Werkstücke (19) einleitende Bearbeitung, und/oder eine Vermessung der Werkstücke (19) umfasst, wobei während des Prozesses eine Spannkraft (SK) der Spannvorrichtung (1) über die Kraftmesseinrichtung (7) auf das jeweilige Werkstück (19) übertragen wird, und wobei zumindest während eines Teils des Prozesses an einem jeweiligen Werkstück (19), und bevorzugt während des gesamten Prozesses an einem jeweiligen Werkstück (19), die von der Kraftmesseinrichtung (7) gemessene Spannkraft (SK) überwacht wird (250).
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess an einem Werkstück (19) als fehlerhaft eingestuft wird (270), wenn während des Prozesses die von der Kraftmesseinrichtung gemessene Spannkraft (SK) einen unteren Grenzwert (uPGW) unterschreitet.
Verwendung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess an einem Werkstück (19) als fehlerhaft eingestuft wird (270), wenn während des Prozesses die von der Kraftmesseinrichtung (7) gemessene Spannkraft (SK) einen oberen Grenzwert (oPGW) überschreitet.
Verwendung einer Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Überwachung von Prozessen an Werkstücken (19), wobei eine Vielzahl von Werkstücken (19) mittels der Spannvorrichtung (1) nacheinander gegen eine Maschinenbasis (4) verspannt wird (200) und im verspannten Zustand ein Prozess an den Werkstücken (19) erfolgt, wobei der Prozess an den Werkstücken (19) eine Bearbeitung, insbesondere eine Kraft in die Werkstücke (19) einleitende Bearbeitung, und/oder eine Vermessung der Werkstücke (19) umfasst, wobei während des Prozesses eine Spannkraft (SK) der Spannvorrichtung (1) über die Kraftmesseinrichtung (7) auf das jeweilige Werkstück (19) übertragen wird, und wobei zumindest vor Beginn des Prozesses (220) nach dem Verspannen (200) an der Maschinenbasis (4) an einem jeweiligen Werkstück (19) die von der Kraftmesseinrichtung (7) gemessene Spannkraft (SK) überprüft wird (210).
Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Werkstück (19) der Prozess nicht begonnen wird, wenn die vor Beginn des Prozesses (220) von der Kraftmesseinrichtung (7) gemessene Spannkraft (SK) einen unteren Grenzwert (uFGW) unterschreitet.
Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Werkstück (19) der Prozess nicht begonnen wird, wenn die vor Beginn des Prozesses (220) von der Kraftmesseinrichtung (7) gemessene Spannkraft (SK) einen oberen Grenzwert (oFGW) überschreitet.