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Die Erfindung betrifft eine Zentrierschnittstelle eines aus einem Tischadapter und einer Werkstückaufnahmebasis bestehenden Werkstückwechselträgers, wobei der Tischadapter des Werkstückwechselträgers lösbar auf einem Tisch eines Messgerätes oder einer Werkzeugmaschine montiert ist.
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Aus der
EP 1 640 094 B1 ist eine Vorrichtung zum Vermessen eines rotationssymmetrischen Präzisionsteils sowie eine Spannvorrichtung bekannt. Das Präzisionsteil sitzt dabei in einem Spannfutter auf einem Adapter. Der Adapter ist zentriert auf einem Drehtisch gelagert. Dazu weist der Adapter an seiner Unterseite drei Kugeln auf, die in drei nut-förmige Ausnehmungen des Drehtellers eingreifen.
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Die
DE 195 14 512 A1 beschreibt eine Einrichtung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstücks. Die Einrichtung besteht aus einem Tischadapter und einer Werkstückaufnahmebasis, die beide über eine Spannzange gegeneinander verspannbar sind. Im Tischadapter und in der Werkstückaufnahmebasis ist jeweils ein biegeelastischer Fixierring, in Gießharzlagerstellen befestigt, angeordnet. Die beiden baugleichen Fixierringe haben im Bereich der zwischen dem Tischadapter und der Werkstückaufnahmebasis gelegenen Montagefuge drei oder vier radial angeordnete prismenförmige Nuten. Die Fixierringe liegen sich spiegelsymmetrisch gegenüber. In jedem so gebildeten Nutenpaar ist eine Zylinderrolle zur gegenseitigen Positionierung von Tischadapter und Werkstückaufnahmebasis eingelegt.
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Aus der
DE 39 33 887 A1 ist ein Geräteständer bekannt. Er besteht aus einer Grundplatte mit einer darauf befestigten Säule zur Aufnahme von Mess- oder Justiergeräten. Die Grundplatte liegt über drei Lagerstellen auf einer Bodenplatte auf, gegen die sie elastisch verspannt ist. In einer Lagerstelle ist eine Kugel zwischen drei Kugeln zentriert. In einer weiteren Lagerstelle liegt eine Kugel im Spaltraum von zwei Kugeln an und in einer dritten Lagerstelle kontaktiert der Schraubenkopf einer Justierschraube die Bodenplatte.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Zentrierschnittstelle eines Werkstückwechselträgers zu entwickeln, über die eine Werkstückaufnahmebasis wiederholgenau, sicher und zeitsparend auf einem Tischadapter lösbar positioniert werden kann.
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Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zwischen dem Tischadapter und der Werkstückaufnahmebasis des Werkstückwechselträgers sind mindestens drei verschiedene Auflagestellen angeordnet. Eine erste Auflagestelle umfasst eine Gruppe aus einem Rotationskörper und aus drei Kugeln, die der Rotationskörper in drei Kontaktstellen kontaktiert, deren Mittelpunkte ein Dreieck bilden. Eine zweite Auflagestelle umfasst eine Gruppe aus einem Rotationskörper und aus zwei Kugeln. Dabei bilden die Mittelpunkte der Kugeln, zusammen mit den zwischen den Kugeln und dem Rotationkörper gelegenen Kontaktstellen, eine Ebene, die die Rotationsachse des Rotationskörpers schneidet. Eine dritte Auflagestelle umfasst eine Gruppe aus einem Kontaktelement mit räumlich gekrümmter Stirnseite und aus einem Kontaktelement mit planer oder räumlich gekrümmter Stirnseite. Dabei kontaktieren die beiden Stirnseiten einander. Das jeweils erstgenannte Bauteil einer Gruppe ist entweder an der Werkstückaufnahmebasis oder am Tischadapter angeordnet. Der Tischadapter und die Werkstückaufnahmebasis sind nach der gegenseitigen Positionierung mittels eines Spannsystems gegeneinander verspannbar.
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Der vorliegende Werkstückwechselträger weist zwischen einem tragenden Tischadapter und mindestens einer getragenen Werkzeugaufnahme eine Zentrierschnittstelle auf, die ein schnelles, ein sicheres und ein wiederholgenaues Aufsetzen der einzelnen Werkzeugaufnahmen auf den Tischadapter ermöglicht. Dabei hat die Werkzeugaufnahme unter anderem die Funktion einer Palette, auf der Werkstücke oder andere Raumkörper vorab oder nach dem Zusammenfügen der Schnittstellenteile aufgenommen werden. Die Werkstücke können auf dem Werkstückwechselträger geprüft, vermessen oder auch bearbeitet werden.
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Die Zentrierschnittstelle ist so aufgebaut, dass die einzelne Werkzeugaufnahme - oder jede Werkzeugaufnahme einer Gruppe - jeweils in nur einer einzigen Winkellage auf dem Tischadapter aufgesetzt werden kann. Dazu hat die Zentrierschnittstelle drei verschiedene Auflagestellentypen, wobei jeder Auflagestellentyp aus einem Paar besteht. Bei mindestens zwei Auflagestellentypen sind die Paarungspartner nicht untereinander austauschbar. So wird z.B. bei einem Auflagestellentyp eine Kugel in eine Vertiefung zwischen drei nahe beieinander angeordneten Kugeln eingelegt, während bei einem anderen Auflagestellentyp ein liegender Zylinder zwischen bzw. auf zwei ebenfalls nahe beieinanderliegenden Kugeln positioniert wird.
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Die Auflagestellentypen bilden, sofern sie nach der Anzahl ihrer Kontaktstellen benannt werden, eine Vierergruppe, eine Dreiergruppe und mindestens eine Zweiergruppe. Dabei hat jede Paarung jeweils einen Partner, der nur aus einem einzelnen sogenannten Soloauflageelement besteht. Die Soloauflageelemente aller Gruppen können entweder an der Unterseite der Werkzeugaufnahme oder auf der Oberseite des Tischadapters angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, dass ein Teil der Soloauflageelemente am Tischadapter und ein anderer Teil an der Werkzeugaufnahme befestigt ist.
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Der Tischadapter ist im Ausführungsbeispiel für einen Drehtisch vorgesehen. Unter Zuhilfenahme anderer Befestigungsmittel kann er aber auch auf der planen Tischplatte einer Mehrkoordinatenmessmaschine, auf dem Maschinenbett, einem Ständer oder einem Schlitten einer Werkzeugmaschine adaptiert werden. Dabei kann der Werkstückwechselträger mit vertikaler Mittelachse stehend oder über Kopf montiert sein. Auch ein Betrieb mit horizontal oder z.B. unter einem 45°-Winkel ausgerichteter Mittelachse ist möglich.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass der Tischadapter und/oder die Werkzeugaufnahme bezüglich des jeweiligen - normal zur Hauptmittellinie des Werkstückwechselträgers gelegenen - Querschnitts eine von der Kreisform abweichende Außenkontur aufweist bzw. aufweisen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
- 1: perspektivische Ansicht eines auf einem Drehtisch montierten Werkstückwechselträgers mit Tischspitze;
- 2: Seitenansicht des Werkstückwechselträgers nach 1;
- 3: perspektivische Ansicht der Unterseite des Tischadapters;
- 4: perspektivische Ansicht der Oberseite des Tischadapters;
- 5: perspektivische Ansicht der Unterseite des Werkstückwechselträgers;
- 6: perspektivische Ansicht der Oberseite des Werkstückwechselträgers bei nichtmontiertem Anzugbolzen;
- 7: Schnitt durch den Tischadapter;
- 8: Schnitt durch die Werkstückaufnahmebasis;
- 9: erste Auflagestelle mit vier Kugeln in der Draufsicht;
- 10: mittiger Schnitt durch die Seitenansicht nach 9;
- 11: wie 10, jedoch mit einem Kegelzapfen als Auflageelement;
- 12: wie 10, jedoch mit einem Hohlkegelzapfen als Auflageelement;
- 13: zweite Auflagestelle mit zwei Kugeln und einem Zylinder in der Seitenansicht;
- 14: Draufsicht zu 13;
- 15: zweite Auflagestelle mit drei Kugeln in der Draufsicht;
- 16: zweite Auflagestelle mit zwei Kugeln und einer
- Tonne in der Draufsicht;
- 17: wie 16, jedoch mit einer Hohlwalze;
- 18: dritte Auflagestelle mit zwei stift- und zapfenförmigen Kontaktelementen in der Schnittansicht;
- 19: Teildraufsicht zu 18;
- 20: Schnitt durch den Werkstückwechselträger mit aufgelegter Werkstückaufnahmebasis und überspanntem Federspeicher;
- 21: wie 20, jedoch mit festgespannter Werkstückaufnahmebasis und entlastetem Exzentertrieb.
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Die 1 zeigt einen auf einem Drehtisch (2) montierten Werkstückwechselträger (1). Der Drehtisch (2) ist z.B. auf dem Tisch einer Mehrkoordinatenmessmaschine oder einer Werkzeugmaschine angeordnet. Der Werkstückwechselträger (1) besteht im Wesentlichen aus zwei Baugruppen. Die erste Baugruppe ist ein Tischadapter (10), über den der Werkstückwechselträger (1) am Drehtisch (2) fixiert ist. Die zweite Baugruppe ist die Werkstückaufnahmebasis (40). Auf der Werkstückaufnahmebasis (40) sitzt zentriert als Teil einer Werkzeugaufnahme eine Tischspitze (47). Letztere kann z.B. durch ein Dreibackenfutter ersetzt werden. Zwischen beiden Baugruppen sind Mittel zum gegenseitigen Zentrieren und ein Spannsystem (120) angeordnet.
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Die 3 und 4 zeigen den im Wesentlichen scheibenförmig gestalteten Tischadapter (10). Der Tischadapter (10), er ist z.B. aus dem Werkstoff X8CrNiS18-9 hergestellt, hat bei einer Scheibenhöhe von z.B. 27 mm einen Durchmesser von z.B. 190 mm. An seiner Unterseite (31), nach 3, weist er einen z.B. 8,5 mm hohen Zentrierring (32) auf, der einen Durchmesser von z.B. 70 mm hat. Außerhalb des Zentrierringes (32) sind auf einem Teilkreis von z.B. 110 mm drei oder mehr äquidistant geteilte T-Nutsteine (35) angeordnet, die über in Senkbohrungen sitzende Schrauben (36) gehalten und fixiert werden. Im Randbereich der Unterseite (31) befinden sich - bezogen auf die Hauptmittellinie (5) - zwei einander gegenüberliegende Einstellgewindebohrungen (33) zur Aufnahme von je einem Einstellgewindestift (34).
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Zwischen der Oberseite (11) des Tischadapters (10) und der Basisunterseite (50) der Werkstückaufnahmebasis (40) befinden sich vier Auflagestellen (60, 80, 100), von denen nur zwei (100) baugleich ausgeführt sind. In jeder Auflagestelle (60, 80, 100) kontaktiert ein Auflageelement (61, 81, 101) der Werkstückaufnahmebasis (40) ein (103), zwei (85, 86) oder drei Auflageelemente (64-66) des Tischadapters (10).
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Auf der Oberseite (11) des Tischadapters (10), vgl. 4, befinden sich die tischadapterseitigen Teile der vier Auflagestellen (60, 80, 100). Die Teile der ersten Auflagestelle (60), einer sogenannten Vierergruppe, sind drei z.B. bezüglich der Geometrie und des Werkstoffs identische Auflageelemente in Form von Kugeln (64-66). Die Mittelpunkte aller drei Kugeln (64-66) bilden z.B. ein gleichseitiges Dreieck, dessen Seitenlänge z.B. 115,5 % des Durchmessers der Kugeln (64-66) misst. Der mathematische Schwerpunkt des gleichseitigen Dreiecks ist von der Hauptmittellinie (5) z.B. 79 mm entfernt.
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Die tischadapterseitigen Teile der zweiten Auflagestelle (80), einer sogenannten Dreiergruppe, sind ebenfalls zwei baugleiche und gleich große Auflageelemente in Form von Kugeln (85, 86). Die Mittelpunkte beider Kugeln (85, 86) haben einen Abstand, der z.B. 133,33 % des Durchmessers der einzelnen Kugeln (85, 86) entspricht. Die geometrische Mitte zwischen den Mittelpunkten der Kugeln (85, 86) ist von der Hauptmittellinie (5) z.B. 83 mm entfernt.
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Die Kugeln (67-69; 85, 86) der ersten (60) und der zweiten Auflagestelle (80) haben einen Durchmesser von z.B. 12 mm. Alle fünf Kugeln (67-69; 85, 86) sitzen in Kugelbohrungen (12), vgl. 8, deren Bohrungsgrund halbkugelförmig sphärisch gekrümmt ist. Der Bohrungsdurchmesser ist z.B. 0,1 mm größer als der Kugeldurchmesser. Jede Kugelbohrung (12) mündet jeweils in einer Demontagebohrung (75), die einen Durchmesser von z.B. 3 mm hat und in der Unterseite (31) endet.
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Die Kugeln (67-69; 85, 86) sind in die Kugelbohrungen (12) eingeklebt. Ihr Mittelpunkt ist von der Oberseite (11) des Tischadapters (10) z.B. 7,2 mm entfernt. Die Kugeln der ersten (60) und der zweiten Auflagestelle (80) sitzen nur beispielhaft jeweils in einer z.B. prismatischen Vertiefung (14, 15), deren Tiefe z.B. dem halben Kugelradius der Kugeln (67-69; 85, 86) entspricht. Die Vertiefungen (14, 15) haben auf das wiederholgenaue Positionieren der Werkstückaufnahmebasis (40) auf den Tischadapter (10) keine Auswirkung. Jedoch schützen sie die Kugeln (67-69; 85, 86) vor ungewollten mechanischen Beschädigungen.
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Die seitlichen Wandungen der Vertiefungen (14, 15) sind mindestens 1 mm von den Wandungen der Kugelbohrungen (12) entfernt. Die Vertiefung (15) der zweiten Auflagestelle (80) basiert auf einem gleichschenkeligen Dreieck, dessen - parallel zur Oberseite (11) gemessene - Höhe bei eingerechneten Radien z.B. 25,5 mm misst.
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Die tischadapterseitigen Teile der beiden dritten Auflagestellen (100) einer sogenannten Zweiergruppe, sind jeweils ein Kontaktelement (103) in Form eines Zylinderzapfens von z.B. 12 mm Durchmesser und z.B. ein Einstellgewindestift (34), vgl. 18 und 19. Jeder Zylinderzapfen (103) sitzt in einer den Tischadapter (10) durchquerenden Stufenbohrung (16), deren unterer Teil eine Einstellgewindebohrung (33) ist. Im zylindrischen Bereich der Stufenbohrung (16), er ist z.B. 2 mm länger als die Länge des Zylinderzapfens (103), sitzt der jeweilige Zylinderzapfen (103) über einen Längspresssitz. Mittels des unter ihm in der Einstellgewindebohrung (33) sitzenden Einstellgewindestifts (34) wird der Abstand der Stirnseite des Zylinderzapfens (103), die der Oberseite (11) am nächsten liegt, gegenüber der Unterseite (31) eingestellt. Dieser Abstand beträgt im Ausführungsbeispiel 1 mm. Die Position des Gewindestifts (34) wird ggf. mit Klebstoff gesichert.
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Die Mittellinien (107) der Kontaktelemente bzw. Zylinderzapfen (103) liegen zusammen mit der Hauptmittellinie (5) in einer ersten Ebene, die eine zweite Ebene senkrecht schneidet, die ebenfalls durch die Hauptmittellinie (5) und die Verbindungslinie der Zentren (72, 89) der ersten (60) und der zweiten Auflagestelle (80) aufgespannt wird.
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Die Projektionen der Zentren (72, 89) auf die Oberseite (11) und die Mittellinien (107) der Kontaktelemente (101, 103) der dritten Auflagestellen (100) schneiden die Ebene der Oberseite (11) in vier Punkten, die die Ecken eines Drachenvierecks (108) bilden, über das sich der Werkstückwechselträger (1) am Tischadapter (10) abstützt. Das Drachenviereck (108) hat eine Fläche, in 4 schraffiert dargestellt, die 46,56 % der Kreisfläche entspricht, deren Radius der größte Radius des Tischadapters (10) ist. Diese Flächenprozentzahl liegt bei verschieden großen Werkstückwechselträgern in der Regel bei 49 ± 7 %. Anstelle des Drachenvierecks (108) kann das Viereck auch ein Quadrat, ein Rechteck, eine Raute, ein Parallelogramm, ein Trapez oder dergleichen sein.
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In der Oberseite (11) des Tischadapters (10) sind drei Sacklöcher als Vorzentrierausnehmungen (17) angeordnet. Die z.B. 16 mm tiefen Sacklöcher (17) haben einen Durchmesser von z.B. 17 mm. In die Oberseite (11) münden sie jeweils mit einer 3 × 45°Fase. Die Teilung der Vorzentrierausnehmungen (17) beträgt 120 Winkelgrade. Eine Vorzentrierausnehmung liegt in der von den Mittellinien (73, 91) der Zentren (72, 89) aufgespannten Ebene. Ihre Mittellinie ist von der Hauptmittellinie (5) z.B. 50 mm entfernt. Die beiden anderen Vorzentrierausnehmungen haben gegenüber der Hauptmittellinie (5) einen Abstand von z.B. 77,5 mm.
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Nach 8 weist der Tischadapter (10) in seiner Mitte eine dreifachgestufte Durchgangsbohrung (21) auf, die sich von der Oberseite (11) bis zur Unterseite (31) erstreckt. Die Durchgangsbohrung (21), in der Teile eines Spannsystems (120) angeordnet sind, besteht aus einer Zentrierzone (22), einer Zentralzone (23) und einer Hubzone (24). Die 8 mm tiefe Zentrierzone (22) hat einen Durchmesser von 59 mm. Die von der Unterseite (31) eingearbeitete Hubzone (24) hat bei einem Durchmesser von 54 mm eine Tiefe von 10,5 mm. Die zwischen der Zentrierzone (22) und der Hubzone (24) gelegene Zentralzone (23) hat einen Durchmesser von 26 mm. Um die Hubzone (24) herum sind auf einem Durchmesser von z.B. 28 mm paarweise sechs Federführungsbohrungen (25) angeordnet, die z.B. jeweils einen Durchmesser von 9 mm haben. Zwischen zwei Federführungsbohrungen (25) eines Paares befindet sich jeweils eine M5-Gewindebohung (26).
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Gemäß 20 befindet sich im Tischadapter (10) eine Radialbohrung (27), die die Zentralzone (23) mittig schneidet. Die Radialbohrung (27) hat einen Durchmesser von z.B. 14 mm. In der Oberseite (11) ist quer zur Radialbohrung (27) eine Anschlagsenkbohrung (28) zur Aufnahme einer Anschlagschraube (156) angeordnet.
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Zwischen der Radialbohrung (27) und der Oberseite (11) des Tischadapters (10) befindet sich eine kleine Markierungsbohrung (44). Zwei weitere Markierungsbohrungen sind auf der Oberseite (11), jeweils in unmittelbarer Nähe des äußeren Randes des Tischadapters (10) und in der Nähe der Zentrierzone (22) platziert. Alle drei Markierungsbohrungen liegen in der Ebene, in der die Hauptmittellinie (5) und die Mittellinie der Radialbohrung (27) liegen.
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Die 5 und 6 zeigen zwei Ansichten der Werkstückaufnahmebasis (40) ohne aufgesetzte Tischspitze (47). Die aus einer Aluminium-Silizium-Legierung gefertigte Werkstückaufnahmebasis (40) hat im Wesentlichen die Form einer z.B. 19 mm dicken Scheibe, deren maximaler Durchmesser z.B. 210 mm beträgt. Ihre Oberfläche ist zumindest bereichsweise harteloxiert. Die Werkstückaufnahmebasis (40) ist mit einem flanschartig, z.B. 10 mm überstehenden Hintergriffsrand (43) ausgestattet. Der Hintergriffsrand (43), der z.B. mit einem 8 mm Radius in den zylindrischen Bereich der radialen Außenwandung, deren Durchmesser z.B. 190 mm beträgt, übergeht, ist ggf. zur Verbesserung der Haptik mit einer Oberflächenstruktur ausgestattet.
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In die Basisoberseite (41) ist mittig eine Zentrierausnehmung (42) zur Aufnahme der Tischspitze (47) oder eines Mehrbackenspannfutters eingearbeitet. Im Zentrum der Zentrierausnehmung (42) befindet sich eine Lagerbohrung (49) als Sitz für eine Zugschraube (125) zur Lagerung eines Anzugbolzens (121) an der Werkstückaufnahmebasis (40). Die Zentrierausnehmung (42) weist zudem z.B. drei mehr Gewindebohrungen auf, über die die Tischspitze (47) oder das Mehrbackenspannfutter auf der Werkstückaufnahmebasis (40) fixiert wird.
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Um die Zentrierausnehmung (42) herum sind in äquidistanter Teilung drei oder mehr Montagebohrungen (48) mit einem Durchmesser von z.B. 15 mm angeordnet, durch die - bei montiertem Werkstückwechselträger (1) - die T-Nutsteine (35) am Tisch (2) fixierenden Schrauben (36) zugänglich sind, vgl. 5-8. In der Nähe des äußeren Randes der Werkstückaufnahmebasis (40) sind zwei Justiergewindebohrungen (58) zur Aufnahme der Justiergewindestifte (59) angeordnet, vgl. 18.
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Die Basisunterseite (50) weist mittig eine z.B. 3 mm tiefe Spanneinsenkung (54) auf, deren Durchmesser z.B. 25 mm beträgt und in der mittig der Anzugbolzen (121) mittels der Zugschraube (125) gelagert ist.
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An der Basisunterseite (50) sind drei im Wesentlichen zylindrische Vorzentrierzapfen (56) angeordnet, vgl. 5 und 7. In der jeweiligen gestuften Bohrung des einzelnen Vorzentrierzapfens (56) sitzt ein hohler metallischer Fixierkern (57), über den der einzelne Vorzentrierzapfen (56) mithilfe einer Schraube an der Werkstückaufnahmebasis (40) befestigt ist. Die Vorzentrierzapfen (56), die hier einen Durchmesser von 15 mm haben, sind z.B. aus einem transparenten Polyethylen der Shore-Härte 75A gefertigt. In der Basisunterseite (50) sitzen sie jeweils in z.B. 2 mm tiefen Vorzentriereinsenkungen (55). Die freien Enden der Vorzentrierzapfen (56) überragen die Basisunterseite (50) um z.B. 13 mm. Damit stellen sie beim Stapeln und Lagern eine Aufstandshilfe dar. Zugleich schützen sie die Kugel (61), den Zylinder (81) und die beiden Zylinderstifte (101) vor stoßbedingten Beschädigungen oder Dejustierungen.
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Die Mittellinien der Vorzentrierzapfen (56) fluchten - nach dem Aufsetzen auf den Tischadapter (10) - mit den Mittellinien der Vorzentrierausnehmungen (17) des Tischadapters (10).
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Aus der Basisunterseite (50) ragen die Auflageelemente (61, 81, 101) der drei verschiedenen Auflagestellen (60, 80, 100) hervor, vgl. 5 und 7. Das basisunterseitige Teil der ersten Auflagestelle (60) ist als Rotationskörper eine Kugel (61). Sie ist in einer Kugelbohrung (51) eingeklebt, vgl. auch 7. Die Form der Kugelbohrung (51) entspricht weitgehend der Form der Kugelbohrungen (12) des Tischadapters (10).
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Das basisunterseitige Teil der zweiten Auflagestelle (80) ist ebenfalls ein Rotationskörper, der hier als Zylinder (81) ausgebildet ist. Der Zylinder (81), z.B. ein Wälzlagerkörper, sitzt in einer rinnenförmigen Lagerausnehmung (52) mit planen Stirnflächen. Dabei ist die Mittellinie (82) des Zylinders (81) parallel zur Basisunterseite (50) orientiert. Ihr Abstand zur Basisunterseite (50) beträgt z.B. 1 mm. In der Werkstückaufnahmebasis (40) haben die Kugel (61) und der Zylinder (81) einen Durchmesser von z.B. 12 mm. Im Ausführungsbeispiel schneidet die Mittellinie (82) des Zylinders (81) die Hauptmittellinie (5) und die Mitte der Kugel (61) der ersten Auflagestelle (60).
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Alle Kugeln (61, 67-69; 85, 86) und der Zylinder (81) sind z.B. aus dem Chromstahl 100Cr6 hergestellt. Die Kugeln (61, 67-69; 85, 86) können auch Halbkugeln oder Kugelabschnitte sein.
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Aus der Basisunterseite (50) stehen auch die zwei Kontaktelemente (101) der dritten Auflagestellen (100) hervor, vgl. 5 und 18. Jedes Kontaktelement ist hier ein Zylinderstift (101) mit z.B. 6 mm Durchmesser und einer Länge von z.B. 12 mm. Die aus der Basisunterseite (50) herausstehende Stirnfläche (102) ist sphärisch gekrümmt. Die Krümmung hat einen Radius von z.B. 6 mm. Der Zylinderstift (101) sitzt per Längspresssitz im zylindrischen Bereich der Stufenbohrung (53). In der an den zylindrischen Bereich anschließenden Justiergewindebohrung (58) ist z.B. ein Justiergewindestift (59) mit Innensechskant eingeschraubt.
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Ggf. kann auch dieses Kontaktelement (101) eine plane Stirnfläche aufweisen, wenn es durch geeignete Maßnahmen in seiner Lagerstelle gelenkig gelagert ist, sodass sich zwischen ihm und dem jeweils gegenüber gelegenen Kontaktelement (103) kein Kantenträger ausbilden kann.
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In der ersten Auflagestelle (60) legt sich der kugelförmige Rotationskörper (61) der Werkzeugaufnahmebasis (40) auf die drei Kugeln (64-66) des Tischadapters (10), vgl. 8, 9 und 10. Die vier Kugeln (61, 64-66) haben drei gemeinsame Kontaktstellen (67-69). Diese sind theoretisch Punktkontakte. Praktisch sind sie jedoch - aufgrund der elastischen Verformung der Kugeln - kleine Kreisflächen. Die gegenseitigen Verbindungslinien der Mittelpunkte aller Kugeln (61, 64-66) bilden eine gerade Pyramide mit der Grundfläche eines gleichseitigen Dreiecks. Die Höhe der Pyramide ist kleiner als die Höhe bei einem regulären Tetraeder. Die seitlichen Kanten der Pyramide, die nicht parallel zur Oberseite (11) orientiert sind, sind gegenüber der Oberseite (11) z.B. um 48,19 Winkelgrade geneigt. Dieser Neigungswinkel (71) kann zwischen 20 und 70 Winkelgraden variieren. Das Vierergruppenzentrum (72) liegt im Schwerpunkt des Dreieckes, dessen Ecken die Punktkontakte (67-69) darstellen.
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In der zweiten Auflagestelle (80) sitzt der Zylinder (81) der Werkzeugaufnahmebasis (40) auf den beiden Kugeln (85, 86) des Tischadapters (10) auf, vgl. 8, 13 und 14.
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Die Mittelpunkte der Kugeln (85, 86) bilden zusammen mit den zwischen den Kugeln (85, 86) und dem Zylinder (81) gelegenen Kontaktstellen (87, 88) eine Ebene (93), vgl. 4, die die Zylindermittellinie (82) des zylindrischen Rotationskörpers (81) senkrecht schneidet. Die Mittelpunkte der Kugeln (85, 86) und die Schnittstelle der Zylindermittellinie (82) mit der Ebene (93) formen ein gleichschenkeliges Dreieck. Die beiden Dreiecksschenkel, deren Länge dem Durchmesser einer der Kugeln (85, 86) entspricht, nehmen gegenüber der Oberseite (11) einen Neigungswinkel (71) ein, der dem aus der ersten Auflagestelle (60) bekannten Neigungswinkel (71) entspricht.
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Die Kontaktstellen (87, 88), es sind theoretisch ebenfalls Punktkontakte, haben die Fläche einer Ellipse, wobei die große Ellipsenhalbachse parallel zur Zylindermittellinie (82) orientiert ist. Die geometrische Mitte zwischen den Punktkontakten (87, 88) stellen das Dreiergruppenzentrum (89) dar.
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In der ersten Auflagestelle (60) werden durch den Kontakt des kugelförmigen Rotationskörpers (61) mit den drei Kugeln (64-66) alle drei translatorischen Freiheitsgrade für den kugelförmigen Rotationskörper (61) blockiert. Danach kann sich der Rotationskörper (61) mit der Werkstückaufnahmebasis (40) nur noch um seinen Rotationskörpermittelpunkt mit drei Schwenkfreiheitsgraden bewegen.
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Sobald der Zylinder (81) der zweiten Auflagestelle (80) die beiden tischadapterseitigen Kugeln (85, 86) kontaktiert, hat die Werkstoffaufnahmebasis (40) nur noch einen Schwenkfreiheitsgrad. Sie kann in einem kleinen Winkel um die Zylindermittellinie (82) hin und her schwenken. Dieser Schwenkfreiheitsgrad wird durch die beiden dritten Auflagestellen (100) blockiert.
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Die beiden Kontaktelemente (101) der dritten Auflagestelle (100) werden - nach dem Aufsetzen der Werkstückaufnahmebasis (40) auf den Tischadapter (10) und nach einem eine Spannkraft entwickelnden Betätigen des Spannsystems (120) - durch ein Verstellen der beiden Justiergewindestifte (59) unter Zuhilfenahme geeigneter Messmittel, z.B. einem Meister- oder Referenzteil, einjustiert.
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Die 11 und 12 zeigen für den Rotationskörper der ersten Auflagestelle (60) zwei Varianten der Ausführungsform nach 10. Nach 11 ist der Rotationskörper ein Kegelzapfen (62). Er besteht aus einem Kegel mit einem Spitzenwinkel von z.B. 96,38 Winkelgraden und einem Schaft. Der Schaft ist in einer entsprechenden Bohrung der Werkstückaufnahmebasis (40) eingeklebt oder sitzt dort z.B. mittels eines Presssitzes.
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Gemäß 12 ist der Rotationskörper ein Hohlkegelzapfen (63). In diesem Fall wird der Kegel aus 11 durch einen Hohlkegelstumpf ersetzt, dessen konkave Krümmung eine Teilfläche eines Torus ist, dessen kleinster Querschnitt einen Radius (79) hat, der dem Durchmesser der Kugeln (64-66) entspricht. Der maximale Außendurchmesser des Torus misst den vierfachen Durchmesser der Kugeln (64-66). In diesem Fall sind die Berührbedingungen die gleichen wie in 11, jedoch mit dem Unterschied, dass durch das konkave Anschmiegen des Hohlkegelzapfens (63) an die Kugeln (64-66) die Flächenpressung in den Kontaktstellen niedriger ausfällt als bei den Varianten nach den 10 und 11.
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Die Rotationsachse des Kegel- (62) oder Hohlkegelzapfens (63) ist senkrecht zur Basisunterseite (50) orientiert. Diese Rotationskörper (62, 63) können jeweils auch ein Kugelabschnitt, ein Kegelstumpf, ein abgestumpfter Rotationsparaboloid oder dergleichen sein. Des Weiteren ist es möglich, dass die in den Auflagestellen (60, 80) verwendeten Kugeln (61, 67-69; 85, 86) innerhalb der einzelnen Auflagestelle unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Die 15-17 zeigen für die zweite Auflagestelle (80) Varianten des basisunterseitigen Rotationskörpers. Nach 15 ist letzterer eine Kugel (95), nach 16 eine Tonne (83) und nach 17 eine Hohlwalze (84). Denkbar sind auch Rotationskörper in der Form eines Kegelstumpfes, eines Ellipsoids, eines Hyperboloids oder dergleichen. Bei den 16 und 17 hat der jeweilige Berührkreis den gleichen Durchmesser wie der Zylinder (81) nach 14. Die Krümmungsradien, die die Tonnen- und Hohlwalzenkontur bestimmen, haben hier einen Radius von z.B. 24 mm.
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Die 20 und 21 zeigen jeweils einen Schnitt durch das Spannsystem (120) der Zentrierschnittstelle. Weitere Details sind auch aus den 7 und 8 zu entnehmen. Die 8 zeigt dabei das Spannsystem bei minimal belastetem bzw. minimal vorgespanntem Federspeicher (141).
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Das Spannsystem (120), dessen meisten Teile im Tischadapter (10) untergebracht oder gelagert sind, besteht im Wesentlichen aus einem längs der Hauptmittellinie (5) bewegbaren Zugzapfen (135), der - über einen Exzentertrieb (150) gesteuert - den Anzugbolzen (121) der Werkstückaufnahmebasis (40) federbelastet in den Tischadapter (10) zieht.
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Der Anzugbolzen (121), vgl. 5 und 7, ist in erster Näherung ein zylindrisches Rohr mit einem Innengewinde (124).
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Das Rohr trägt an seinem freien Ende einen umlaufenden Umlaufsteg (122) mit einem z.B. annähernd trapezförmigen Querschnitt. Der Umlaufsteg (122) hat zur Stirnseite des Rohres hin eine breite 45°-Fase. Auf der Rückseite des Umlaufstegs (122) ist eine weitere 45°-Fase als Hintergriffsschulter (123) ausgebildet. Im Rohrbereich ist der Anzugbolzen (121) ggf. als Zweiflach ausgebildet, vgl. 5. Der Anzugbolzen (121) sitzt mit einem axialen und radialen Spiel von jeweils z.B. 0,1 mm in der mit einer Zylindersenkung ausgestatteten Lagerbohrung (49) im Zentrum der Zentrierausnehmung (42), vgl. auch 6. Das axiale und radiale Spiel verhindert Zwangskräfte, die - beim Festspannen der Werkstückaufnahmebasis (40)- besonders auf die Auflagestellen (60) und (80) rückwirken.
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In das Innengewinde (124) des Anzugbolzens (121) ist eine, die gesammte Spannkraft aufnehmende Zugschraube (125) eingeschraubt und mittels eines Sicherungsgewindestifts (126) gekontert, vgl. 7.
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Der Zugzapfen (135), vgl. 20, ist im Wesentlichen ein zylindrischer Drehkörper mit einem Außendurchmesser von z.B. 22 mm, der im Mantelbereich zum Exzentertrieb (150) hin zumindest bereichsweise abgeflacht ist. Der Zugzapfen (135) hat eine axiale Hauptbohrung (136) zur Aufnahme des Anzugbolzens (121). Der Innendurchmesser der Hauptbohrung (136) ist um mindestens 0,2 mm größer als der maximale Außendurchmesser des Anzugbolzens (121) im Bereich des Umlaufsteges (122). Quer zur Hauptbohrung (136) weist er z.B. drei äquidistant geteilte, radial orientierte Querbohrungen (137) auf, in denen jeweils eine Sperrkugel (139) radial verschiebbar gelagert ist. Unterhalb des Bodens der Hauptbohrung (136) weist der Zugzapfen (135) eine Betätigungsnut (138) auf, deren Tiefe sich bis in die Mitte des Zugzapfens (135) ausdehnt.
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Nach den 8, 20 und 21 ist an der Unterseite des Zugzapfens (135) eine z.B. 3,2 mm starke Zugzapfenträgerplatte (140) mit einem Durchmesser von z.B. 52 mm angeordnet. Die Zugzapfenträgerplatte (140), vgl. auch 3, weist z.B. fünf Bohrungen auf. Über die beiden innenliegenden Bohrungen ist sie mit dem Zugzapfen (135) verschraubt. Die drei außenliegenden Bohrungen dienen über die Stützschrauben (143) zur Führung der Zugzapfenträgerplatte (140) am Tischadapter im Raum der Hubzone (24).
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Der Zugzapfen (135) selbst ist in einer flanschartigen Führungshülse (131) zentral gleitgelagert in der Sperrbohrung (133) geführt. Die Führungshülse (131) sitzt dazu zentriert und mittels der Schrauben (134) in den M5-Gewindebohrungen (26) verschraubt in der Zentrierzone (22) der Durchgangsbohrung (21). Zum oberen flanschseitigen Ende der Führungshülse (131) hin geht die Sperrbohrung (133) kantenfrei über einen aus- und abgerundeten kegelstumpfmantelförmigen Übergang in eine kurze Speicherraumbohrung (132) über.
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Auf der Zugzapfenträgerplatte (140) stützen sich die sechs vorgespannten Schraubendruckfedern (142) des Federspeichers (141) mit ihrem unteren Ende ab. Die Schraubendruckfedern (142) werden in den Federführungsbohrungen (25) des Tischadapters (10) geführt. Die jeweils oberen Enden der Schraubendruckfedern (142) kontaktieren, vgl. 8, die Unterseite des Flansches der Führungshülse (131). Im Ausführungsbeispiel sind zwischen den oberen Federenden und dem Flansch - zur Einstellung der Federvorspannung - jeweils eine Distanzhülse und eine Unterlagscheibe eingelegt.
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Gemäß der 20 und 21 ist in der Radialbohrung (27) des Tischadapters die Betätigungswelle (151) des Exzentertriebs (150) z.B. über zwei Gleitlagerhülsen gelagert. In der der Hauptmittellinie (5) nächstgelegenen Stirnseite der Betätigungswelle (151) ist exzentrisch in einer Längsbohrung ein Betätigungsstift (152) eingepresst.
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Um die Betätigungswelle (151) antreiben zu können befindet sich in ihrer anderen Stirnseite eine zentrale Gewindebohrung, in der z.B. eine M8-Zylinderkopfschraube nach DIN 912 als Betätigungsschraube (153) eingeschraubt und eingeklebt ist. Zur axialen Sicherung der Betätigungswelle (151) ist in dieser ca. mittig am Umfang eine Anschlagnut (155) in Form eines Langloches eingefräst. Die Anschlagnut (155) erstreckt sich - ohne ihre beiden halbzylindrischen Enden - über z.B. 182 Winkelgrade des Umfangs der Betätigungswelle (151). In die Anschlagnut (155) ragt mit einem axialen Spiel von z.B. 0,3 mm der zylindrische Zapfen einer Anschlagschraube (156) hinein.
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Das manuell betätigbare, mechanische Spannsystem (120) kann anstelle des Exzentertriebs (150) auch über andere Getriebe oder andere Antriebe betätigt werden. Pneumatische, hydraulische oder elektromechanische Antriebe sind denkbar. Ferner können die Endlagen der Schwenkpositionen der Betätigungswelle (151) sensorisch überwacht werden. Beispielsweise kann das Magnetfeld eines in der Betätigungswelle eingelassenen Magnets in zumindest einer der Endlagen einen am Tischadapter (10) montierten Hallsensor zur Abgabe eines elektronisch auswertbaren Signals veranlassen, das z.B. über eine batteriegepufferte Elektronik eine optische oder akustische Anzeige ermöglicht.
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Vor einem Fügen der Zentrierschnittstelle wird der Zugzapfen (135) des Spannsystems (120) in seine Löseposition (161) gebracht, vgl. 20. Dazu wird mit einer Linksdrehung der Betätigungsschraube (153) der Zugzapfen (135) mittels des Betätigungsstifts (152), unter einem weiteren Vorspannen des Federspeichers (141), in Richtung der Oberseite (11) der Werkstückaufnahmebasis (40) bewegt. Der Zugzapfen (135) ragt jetzt - gut sichtbar - 2-3 mm über die Oberseite (11) des Tischadapters (10) über. Bei dem Hub des Zugzapfens (135) gelangen die Sperrkugeln (139), geführt von den Querbohrungen (137), in den Bereich der Speicherraumbohrung (132) der Führungshülse (131). Die Sperrkugeln (139) können in dieser Position sich radial soweit nach außen verlagern, dass der Querschnitt der Speicherraumbohrung (132) vollständig freigegeben ist.
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Zum Fixieren der Werkstückaufnahmebasis (40), mit ihrer Tischspitze (47) oder einem Backenfutter bestückt, auf dem Tischadapter (10) wird die Werkstückaufnahmebasis (40) mit dem Vorzentrierzapfen (56) voraus, auf den Tischadapter (10) aufgesetzt. Dabei tauchen die Vorzentrierzapfen (56) - den Rotationskörpern (61, 81) und den Zylinderstiften (101) vorauseilend - in die Vorzentrierausnehmungen (17) ein, vgl. 8. In dieser 8 ist einer der Vorzentrierzapfen (56) zusammen mit den Rotationskörpern (61, 81) und dem Anzugbolzen (121) in der Schnittstellenendlage gestrichelt dargestellt, die der gefügten Zentrierschnittstelle entspricht.
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Um das Positionieren - bei manuellem Aufsetzen der Werkstückaufnahmebasis - zu beschleunigen, wird darauf geachtet, dass die Markierungsbohrungen (44) der Werkstückaufnahmebasis (40) und die Markierungsbohrungen (29) des Tischadapters (10) nahe beieinanderliegen.
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Nachdem eine korrekte Auflage der Werkstückaufnahmebasis (40) auf dem Tischadapter (10) erreicht ist, zwischen der Basisunterseite (50) und der Oberseite (11) beträgt der Spalt (3) z.B. 0,74 mm, ragt der an der Werkstückaufnahmebasis (40) befestigte Anzugbolzen (121) tief in die Hauptbohrung (136) des Zugzapfens (135) hinein. Der Umlaufsteg (122) des Anzugbolzens (121) ist nun unterhalb der Sperrkugeln (139) positioniert. Mit einer Rechtsdrehung der Betätigungswelle (151) über die Betätigungsschraube (153) gibt der Betätigungsstift (152) den Federspeicher (141) frei, sodass die gespannten Schraubendruckfedern (142) den Zugzapfen (135) über die Zugzapfenträgerplatte (140), gemäß 21, nach unten ziehen. Dabei haben sich die Sperrkugeln (139) an der Hintergriffsschulter (123) des Anzugbolzens (121) angelegt und mit diesem die Werkstückaufnahmebasis (40) gegen den Tischadapter (10) gezogen. Der Werkstückwechselträger (1) befindet sich nun in der Spannposition (162).
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Der Federspeicher (141) setzt eine Spannkraft von z.B. 200 N frei, wobei sich die Werkstückaufnahmebasis (40) aufgrund der Werkstoffwahl und ihrer Wandstärke - im Hundertstelmillimeterbereich elastisch verformt - über ihre Auflagestellen (60, 80, 100) am Tischadapter (10) statisch überbestimmt anlegt. Die Basisoberseite (41) ist hierbei rotationssymmetrisch zur Hauptmittellinie (5) konkav gewölbt.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Werkstückwechselträger
- 2
- Tisch, Drehtisch
- 3
- Spalt zwischen (10) und (40)
- 5
- Hauptmittellinie, Mittelachse
- 10
- Tischadapter
- 11
- Oberseite
- 12
- Kugelbohrungen
- 13
- Demontagebohrungen
- 14, 15
- Vertiefungen für die Kugeln (64-66, 85, 86)
- 16
- Stufenbohrung
- 17
- Vorzentrierausnehmungen, Sacklöcher
- 21
- Durchgangsbohrung
- 22
- Zentrierzone
- 23
- Zentralzone
- 24
- Hubzone
- 25
- Federführungsbohrungen
- 26
- M5-Gewindebohrung
- 27
- Radialbohrung
- 28
- Anschlagsenkbohrung
- 29
- Markierungsbohrungen von (10)
- 31
- Unterseite
- 32
- Zentrierring
- 33
- Einstellgewindebohrungen
- 34
- Einstellgewindestifte
- 35
- T-Nutsteine
- 36
- Schrauben
- 40
- Werkstückaufnahmebasis, Palette; Werkstückaufnahme
- 41
- Basisoberseite
- 42
- Zentrierausnehmung
- 43
- Hintergriffsrand
- 44
- Markierungsbohrungen von (40)
- 47
- Tischspitze oder Dreibackenfutter; Werkstückaufnahme
- 48
- Montagebohrungen
- 49
- Lagerbohrung
- 50
- Basisunterseite
- 51
- Kugelbohrung
- 52
- Lagerausnehmung
- 53
- Stufenbohrung
- 54
- Spanneinsenkung
- 55
- Vorzentriereinsenkungen
- 56
- Vorzentrierzapfen
- 57
- Fixierkern
- 58
- Justiergewindebohrungen
- 59
- Justiergewindestifte
- 60
- erste Auflagestelle, Vierergruppe
- 61
- Kugel, erster Rotationskörper, Auflageelement, Bauteil, oben
- 62
- Kegelzapfen, Rotationskörper, Auflageelement, oben
- 63
- Hohlkegelzapfen, Rotationskörper, Auflageelement, oben
- 64-66
- Kugeln, Auflageelemente, tischadapterseitig
- 67-69
- Kontaktstellen, runder Punktkontakt
- 70
- Kontaktstellenkreis, Kreis
- 71
- Neigungswinkel
- 72
- Vierergruppenzentrum, Zentrum
- 73
- Mittellinie der ersten Auflagestelle
- 74
- Rotationsachse, vertikal
- 75
- Demontagebohrungen
- 79
- Radius zu (63)
- 80
- zweite Auflagestelle, Dreiergruppe
- 81
- Zylinder, zweiter Rotationskörper, Auflageelement, Bauteil, oben
- 82
- Zylindermittellinie, Mittellinie, Rotationsachse
- 83
- Tonne, Rotationskörper, oben
- 84
- Hohlwalze, Rotationskörper, oben
- 85, 86
- Kugeln, tischadapterseitig; Auflageelemente
- 87, 88
- Kontaktstellen, elliptische Punktkontakte
- 89
- Dreiergruppenzentrum, Zentrum
- 91
- Mittellinie der zweiten Auflagestelle
- 93
- Ebene
- 95
- Kugel
- 100
- dritte Auflagestelle, Zweiergruppe
- 101
- Kontaktelement, oben; Zylinderstift, Auflageelemente, Bauteil
- 102
- Stirnfläche, sphärisch
- 103
- Kontaktelement, tischadapterseitig; Zylinderzapfen, Auflageelemente
- 104
- Stirnfläche, plan oder räumlich gekrümmt
- 105
- Kontaktstellen, runder Punktkontakt, Zweiergruppenzentrum
- 107
- Mittellinie der dritten Auflagestelle
- 108
- Drachenviereck, Viereck
- 120
- Spannsystem
- 121
- Anzugbolzen an (40)
- 122
- Umlaufsteg
- 123
- Hintergriffsschulter
- 124
- Innengewinde von (121)
- 125
- Zugschraube für (121)
- 126
- Sicherungsgewindestift
- 131
- Führungshülse, flanschartig
- 132
- Speicherraumbohrung
- 133
- Sperrbohrung
- 134
- Schrauben für (131)
- 135
- Zugzapfen
- 136
- Hauptbohrung
- 137
- Querbohrungen
- 138
- Betätigungsnut
- 139
- Sperrkugeln
- 140
- Zugzapfenträgerplatte
- 141
- Federspeicher
- 142
- Schraubendruckfedern, vorgespannt
- 143
- Stützschrauben
- 150
- Exzentertrieb
- 151
- Betätigungswelle
- 152
- Betätigungsstift
- 153
- Betätigungsschraube
- 155
- Anschlagnut
- 156
- Anschlagschraube
- 161
- Löseposition
- 162
- Spannposition
