DE102018104931A1

DE102018104931A1 - Spannvorrichtung und Verwendung der Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102018104931A1
Application number: DE102018104931.5A
Authority: DE
Inventors: Hubert Meintrup
Original assignee: Matrix GmbH Spannsysteme und Produktionsautomatisierung
Current assignee: Matrix GmbH Spannsysteme und Produktionsautomatisierung
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: DE102018104931B4

Abstract

Bei einer Spannvorrichtung (1) zum Spannen eines Werkstücks mit einem ersten Rahmen (2), der erste Spannstifte (4), und einem zweiten Rahmen (3), der zweite Spannstifte (5) seitlich umschließt, wobei die Spannstifte (4, 5) gegen Rückstellkräfte in einer ersten bzw. zweiten Richtung (6, 7) weiter in den ersten bzw. zweiten Rahmen (2, 3) eindrückbar sind, und mit ersten und zweiten Fixiereinrichtungen (9, 10), mit denen eine erste bzw. zweite Fixierkraft in einer quer zu der ersten bzw. zweiten Richtung (6, 7) verlaufenden ersten bzw. zweiten Querrichtung (13, 14) auf die ersten bzw. zweiten Spannstifte (4, 5) aufbringbar ist, um sie an dem ersten bzw. zweiten Rahmen (2, 3) zu fixieren, sind der erste und der zweite Rahmen (2, 3) nebeneinander angeordnet, wobei die erste und die zweite Richtung (6, 7) gleichgerichtet sind und wobei die erste und die zweite Querrichtung (13, 14) einander entgegen gesetzt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung mit ersten Spannstiften, einem ersten Rahmen, der die ersten Spannstifte seitlich umschließt, wobei die ersten Spannstifte aus einer Ausgangsstellung, in der die ersten Spannstifte in einer ersten Richtung mit einem Teil ihrer Länge über den ersten Rahmen überstehen, gegen in der ersten Richtung wirksame Rückstellkräfte weiter in den ersten Rahmen eindrückbar sind, einer ersten Fixiereinrichtung, mit der eine erste Fixierkraft in einer quer zu der ersten Richtung verlaufenden ersten Querrichtung auf die ersten Spannstifte aufbringbar ist, um die ersten Spannstifte an dem ersten Rahmen zu fixieren, zweiten Spannstiften, einem zweiten Rahmen, der die zweiten Spannstifte seitlich umschließt, wobei die zweiten Spannstifte aus einer Ausgangsstellung, in der die zweiten Spannstifte in einer zweiten Richtung mit einem Teil ihrer Länge über den zweiten Rahmen überstehen, gegen in der zweiten Richtung wirksame Rückstellkräfte weiter in den zweiten Rahmen eindrückbar sind, und einer zweiten Fixiereinrichtung, mit der eine zweite Fixierkraft in einer quer zu der zweiten Richtung verlaufenden zweiten Querrichtung auf die zweiten Spannstifte aufbringbar ist, um die zweiten Spannstifte an dem zweiten Rahmen zu fixieren. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung einer solchen Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit konturierter Oberfläche.
STAND DER TECHNIK
Eine Spannvorrichtung, wie sie eingangs definiert wurde und wie sie dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 entspricht, ist aus der DE 10 2015 101 599 B3 bekannt. Die bekannte Spannvorrichtung ist ein Greifkopf mit zwei in einander entgegengesetzten Greifrichtungen an einer Basis linear geführten Greifbacken. Jeder der Greifbacken weist einen Rahmen und mehrere Spannstifte auf. Jeder der Spannstifte ist in der jeweiligen Greifrichtung des Greifbackens ausgerichtet und entgegen der Greifrichtung gegen eine Rückstellkraft in den Rahmen eindrückbar, bis eine Fixiereinrichtung die Spannstifte an dem Rahmen festlegt. Die Klemmeinrichtung jedes Klemmbackens weist einen Exzenter, der um eine quer zu der Greifrichtung verlaufende Achse verschwenkbar ist, und einen mit dem Exzenter bewegungsgekoppelten Schwenkhebel auf, der von einem an der Basis abgestützten Betätigungselement betätigt wird. Eine Fixierkraft, die die Spannstifte des jeweiligen Greifbackens an seinem Rahmen fixiert, wird somit aus einer auf den Greifbacken ausgeübten und gegen das jeweilige Werkstück gerichteten Spannkraft abgeleitet. Entsprechend müssen zwar keine zusätzlichen Aktuatoren für das Aufbringen der Fixierkräfte an dem bekannten Greifkopf vorgesehen werden. Das Betätigungselement muss jedoch für das Ergreifen eines bestimmten Werkstücks passend an der Basis positioniert werden.
Aus der DE 20 2012 101 508 U1 ist eine Abstützvorrichtung für Werkstücke mit einer Mehrzahl von langgestreckten Stößeln bekannt. Die Stößel sind parallel zueinander ausgerichtet und liegen seitlich aneinander an. Die Stößel sind in einem Anpassbetriebszustand der Abstützvorrichtung einzeln gegeneinander verschiebbar und in einem die Stößel seitlich umgreifenden Rahmen angeordnet. Eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Stößel an dem Rahmen weist ein Piezoelement auf. Das Piezoelement ist vorgesehen, um die Fixiereinrichtung zu deaktivieren, die die Stößel mit einer quer zu diesen verlaufenden Fixierkraft an dem Rahmen fixiert. Diese Fixierkraft wird von einem elastischen Element aufgebracht, dem das Piezoelement entgegen wirkt. Für den Stellweg des Piezoelements kann eine Wegübersetzung vorgesehen sein. Die bekannte Abstützvorrichtung kann als einer von zwei einander gegenüberliegenden Formspannbacken einer Spannvorrichtung verwendet werden.
Aus der WO 2016/045833 A1 sind einer Greifervorrichtung für eine Handhabungseinrichtung und ein Verfahren zum Greifen eines Werkstücks mit der Greifervorrichtung bekannt. Die Greifervorrichtung weist mindestens einen ersten und einen zweiten Greiffeldabschnitt auf, wobei der erste Greiffeldabschnitt eine Mehrzahl von ersten Greifstiften aufweist und wobei der zweite Greiffeldabschnitt eine Mehrzahl von zweiten Greifstiften aufweist. Die Greifstifte sind zum selbststätigen Anpassen an das Werkstück jeweils in einer Verschieberichtung verschiebbar angeordnet. Mit einer Aktorikeinrichtung wird eine Relativbewegung zwischen den ersten Greifstiften des ersten Greiffeldabschnitts und den zweiten Greifstiften des zweiten Greiffeldabschnitts erzeugt. Dabei sind die Verschieberichtungen der Greifstifte der mindestens zwei Greiffeldabschnitte zueinander gleichgerichtet. Durch die Relativbewegung der Greiffeldabschnitte werden die Greifstifte zusammengeführt, um das Werkstück in einer Greifposition zu fixieren. Die Verschieberichtungen der Greifstifte sind parallel oder zumindest gleichgerichtet zu einer Greifrichtung der Greifervorrichtung zum Greifen des Werkstücks ausgerichtet. Dabei sind die Greifstifte gegen die Verschieberichtung vorgespannt. Die Relativbewegung der Greiffeldabschnitte kann eine Relativverschiebung oder Relativverschwenkung der Greiffeldabschnitte zueinander sein. Konkret kann das erste Greiffeldsegment auf einem ersten Greiferbacken und das Greiffeldsegment auf einem zweiten Greiferbacken angeordnet sein, wobei die Greiferbacken auf einer Basis angeordnet sind und wobei die Aktorikeinrichtung mindestens einen der Greiferbacken in einer Richtung senkrecht zu der Verschieberichtung und/oder der Greifrichtung verschiebt und/oder um eine Schwenkachse senkrecht zu der Verschieberichtung und/oder zu der Greifrichtung verschwenkt. Mit dieser Greifervorrichtung kann ein Werkstück zwischen den Greifstiften gehalten werden, nachdem sich diese durch Verschieben in der Verschieberichtung an das Werkstück angepasst haben und die Greiffeldabschnitte relativ zueinander bewegt wurden. Diese bekannte Greifervorrichtung hat den Vorteil, dass sie auch zum Ergreifen von Werkstücken geeignet ist, die nur aus einer Richtung zugänglich sind. Um dies zu erreichen, ist aber die Aktorikeinrichtung der bekannten Greifervorrichtung relativ komplex, damit sie die Relativbewegung der Greiffeldabschnitte bewirkt, die die Greifstifte zusammenführt, um das Werkstück in der Greifposition zu fixieren.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, die die Funktionalität der aus der WO 2016/045833 A1 bekannten Greifervorrichtung aufweist, um auch nur aus einer Richtung zugängliche Werkstücke spannen zu können, die aber einen weniger komplexen Aufbau hat.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 9 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung. Der Patentanspruch 10 ist auf eine Verwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit konturierter Oberfläche gerichtet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit ersten Spannstiften, einem ersten Rahmen, der die ersten Spannstifte seitlich umschließt, wobei die ersten Spannstifte aus einer Ausgangsstellung, in der die ersten Spannstifte in einer ersten Richtung mit einem Teil ihrer Länge über den ersten Rahmen überstehen, gegen in der ersten Richtung wirksame Rückstellkräfte weiter in den ersten Rahmen eindrückbar sind, einer ersten Fixiereinrichtung, mit der eine erste Fixierkraft in einer quer zu der ersten Richtung verlaufenden ersten Querrichtung auf die ersten Spannstifte aufbringbar ist, um die ersten Spannstifte an dem ersten Rahmen zu fixieren, zweiten Spannstiften, einem zweiten Rahmen, der die zweiten Spannstifte seitlich umschließt, wobei die zweiten Spannstifte aus einer Ausgangsstellung, in der die zweiten Spannstifte in einer zweiten Richtung mit einem Teil ihrer Länge über den zweiten Rahmen überstehen, gegen in der zweiten Richtung wirksame Rückstellkräfte weiter in den zweiten Rahmen eindrückbar sind, und einer zweiten Fixiereinrichtung, mit der eine zweite Fixierkraft in einer quer zu der zweiten Richtung verlaufenden zweiten Querrichtung auf die zweiten Spannstifte aufbringbar ist, um die zweiten Spannstifte an dem zweiten Rahmen zu fixieren, sind der erste Rahmen und der zweite Rahmen nebeneinander angeordnet, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung gleichgerichtet sind und wobei die erste Querrichtung und die zweite Querrichtung einander entgegengesetzt sind.
Überraschend hat sich herausgestellt, dass z. B. zum Spannen eines Werkstücks, das nur aus einer Richtung zugänglich ist, nicht erforderlich ist, zwei Greiffeldabschnitte relativ zueinander zu bewegen, wie dies aus der WO 2016/045833 A1 bekannt ist. Vielmehr reicht bereits die kleine Relativverlagerung der ersten Spannstifte gegenüber dem ersten Rahmen und die entgegengesetzte Relativverlagerung der zweiten Spannstifte gegenüber dem zweiten Rahmen, wenn die Fixierkräfte aus einander entgegengesetzten ersten und zweiten Querrichtungen auf die Spannstifte aufgebracht werden, bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung aus, um eine Spannkraft auf ein Werkstück mit einer derart konturierten Oberfläche aufzubringen, dass Teile des Werkstücks zwischen die ersten und die zweiten Spannstifte gelangen können. Diese kleinen Relativverlagerungen in Form von kleinen seitlichen Auslenkungen der Spannstifte gegenüber ihren Rahmen sind nicht einmal bei allen Spannstiften innerhalb desselben Rahmen gleich groß, da diese Relativverlagerungen nur das Spiel der Spannstifte beseitigen, das vorhanden sein muss, damit diese bei inaktiver Fixiereinrichtung in den jeweiligen Rahmen eindrückbar sind. Dennoch wird die gewünschte Funktion mit der neuen Spannvorrichtung überraschenderweise erreicht.
Je nach Konturierung der Oberfläche des zu spannenden Werkstücks kann es bevorzugt sein, dass die erste Querrichtung und die zweite Querrichtung voneinander weg gerichtet oder einander entgegen gerichtet sind. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die erste Querrichtung und die zweite Querrichtung voneinander weg gerichtet sind, wenn mit den Spannstiften der Spannvorrichtung in einen Hohlraum des zu spannenden Werkstücks eingegriffen wird. Wenn das Werkstück hingegen von außen gespannt werden soll, ist es bevorzugt, dass die erste Querrichtung und die zweite Querrichtung einander entgegen gerichtet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung können der erste Rahmen und der zweite Rahmen zum gemeinsamen Verfahren in der ersten Richtung und entgegen der ersten Richtung gekoppelt sein. Sie können so gemeinsam an das jeweilige Werkstück herangefahren werden, wobei dessen konturierte Oberfläche die Spannstifte unterschiedlich stark in die Rahmen eindrückt.
Ein Abstand des ersten Rahmens zu dem zweiten Rahmen in der ersten Querrichtung kann einstellbar sein. Mit dieser Einstellbarkeit kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung an unterschiedlich große Werkstücke angepasst werden. Diese Einstellbarkeit des Abstands der beiden Rahmen dient bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung aber nicht dazu, eine Spannkraft zwischen den Spannstiften und dem zu spannenden Werkstück aufzubauen. Anders gesagt wird die Einstellbarkeit des Abstands der Rahmen nicht zum Aufbringen der Spannkraft auf das jeweilige Werkstück genutzt.
Vorzugsweise werden bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung die ersten Spannstifte mit dem ersten Fixierelement und die zweiten Spannstifte mit dem zweiten Fixierelement an parallel zu der ersten Richtung verlaufenden Rahmeninnenflächen des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens fixiert. Die fixierten Spannstifte sind damit insbesondere sämtlich parallel zu der ersten Richtung ausgerichtet. Aufgrund ihrer Anlage an der konturierten Oberfläche des gespannten Werkstücks kann aber eine exakt parallele Ausrichtung der Spannstifte verhindert sein.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann ein erster Aktuator, der die erste Fixierkraft der ersten Fixiereinrichtung aufbringt, und ein zweiter Aktuator, der die zweite Fixierkraft der zweiten Fixiereinrichtung aufbringt, vorgesehen sein. Alternativ kann ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen sein, der die erste Fixierkraft der ersten Fixiereinrichtung und die zweite Fixierkraft der zweiten Fixiereinrichtung aufbringt. Dieser gemeinsame Aktuator kann insbesondere die erste Fixierkraft als Reaktionskraft zu der zweiten Fixierkraft aufbringen.
Wenn nur ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen ist, dann dieser direkt oder über eine Hebelanordnung sowohl auf die ersten Spannstifte und als auch die zweiten Spannstifte einwirken.
Getrennte hydraulische oder pneumatische Aktuatoren der der ersten Fixiereinrichtung und der zweiten Fixiereinrichtung können über gemeinsame Steuerleitungen angesteuert werden.
Jeder der genannten Aktuatoren kann zudem ein manuell betätigbarer Aktuator sein. So kann der jeweilige Aktuator eine Spannschraube umfassen, die mit einem Drehhebel manuell betätigt wird.
Jeder der genannten Aktuatoren kann aber auch ein elektrisch betätigbarer Piezoaktuator sein. Dabei ist unter einem Piezoaktuator auch ein Aktuator zu verstehen, der die eigentliche Fixierkraft durch ein elastisches Element aufbringt, welchem ein Piezoelement entgegenwirkt, um die Fixiereinrichtung bei seiner Ansteuerung zu deaktivieren. Alternativ oder zusätzlich kann dem Piezoelement auch eine Wegübersetzung zugeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann spiegelsymmetrisch zu einer parallel zu der ersten Richtung zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen verlaufenden ersten Symmetrieebene ausgebildet sein. Es ist auch eine achsensymmetrische Ausbildung zu einer parallel zu der ersten Richtung zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen verlaufenden ersten Symmetrieachse möglich. In jedem Fall sorgt die Symmetrie der Spannvorrichtung vorteilhafter Weise dafür, dass dieselben Bauteile ihrer ersten Untereinheit mit den ersten Spannstiften, dem ersten Rahmen und der ersten Fixiereinrichtung einerseits sowie ihrer zweiten Untereinheit mit den zweiten Spannstiften, dem zweiten Rahmen und der zweiten Fixiereinrichtung andererseits benötigt werden.
Wenn die erfindungsgemäße Spannvorrichtung nicht zum Spannen eines nur einseitig zugänglichen Werkstücks, sondern für den Angriff an einem Werkstück von beiden Seiten vorgesehen ist, kann ein den ersten Spannstiften und den zweiten Spannstiften in der ersten Richtung gegenüberliegendes Gegenstück passiv ausgebildet sein. Das Gegenstück kann aber auch dritte Spannstifte in einem dritten Rahmen und vierte Spannstifte in einem vierten Rahmen umfassen. Dabei kann die Spannvorrichtung dann spiegelsymmetrisch zu einer quer zu der ersten Richtung zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen einerseits und dem dritten Rahmen und dem vierten Rahmen andererseits verlaufenden zweiten Symmetrieebene oder achsensymmetrisch zu einer quer zu der ersten Richtung zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen einerseits und dem dritten Rahmen und dem vierten Rahmen andererseits verlaufenden zweiten Symmetrieachse ausgebildet sein. So kann die Spannvorrichtung aus vier gleichen Baueinheiten zusammengesetzt sein.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit konturierter Oberfläche umfasst das Bringen der Rahmen mit den Spannstiften und des Werkstücks in eine Relativposition, in der das Werkstück die Spannstifte mit seiner konturierten Oberfläche gegen die Rückstellkräfte unterschiedlich weit in die Rahmen eindrückt, und das Aufbringen der Fixierkräfte auf die Spannstifte nach Erreichen und unter Beibehalten der Relativposition, um die Spannkraft auf das Werkstück aufzubringen. Für dieses Aufbringen der Spannkraft auf das Werkstück wird die Relativposition der Rahmen und des Werkstücks nicht mehr verändert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einer ersten Fixiereinrichtung die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine erste Fixiereinrichtung, zwei erste Fixiereinrichtungen oder mehr erste Fixiereinrichtungen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die die jeweilige Spannvorrichtung oder deren Verwendung aufweist.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 ist eine Draufsicht von vorne auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung.
2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß 1 mit teilweiser Darstellung von verdeckten Linien.
3 zeigt schematisch eine erste Verwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß den 1 und 2 zum Spannen eines aufgelegten Werkstücks.
4 zeigt eine Verwendung der Spannvorrichtung gemäß den 1 und 2 zum Ergreifen eines nur von oben zugänglichen Werkstücks.
5 zeigt die Verwendung einer Abwandlung der Spannvorrichtung gemäß den 1 und 2 zum Ergreifen eines ringförmigen Werkstücks.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung beim beidseitigen Ergreifen eines Werkstücks mit einer konturierten Oberfläche; und
7 ist ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.

FIGURENBESCHREIBUNG
Die in den 1 und 2 dargestellte Spannvorrichtung 1 weist einen ersten Rahmen 2 und einen zweiten Rahmen 3 auf. Der erste Rahmen 2 umschließt seitlich eine Mehrzahl von ersten Spannstiften 4. Der zweite Rahmen 3 umschließt seitlich eine Mehrzahl von zweiten Spannstiften 5. Die Spannstifte 4, 5 sind jeweils in einer dichtesten Packung in dem jeweiligen Rahmen 2, 3 angeordnet. In einer aus 2 ersichtlichen Ausgangsstellung stehen die ersten Spannstifte 4 in einer ersten Richtung 6 über den ersten Rahmen 2 und die zweiten Spannstifte 5 ein einer zweiten Richtung 7 über den zweiten Rahmen 3 über, wobei die erste Richtung 6 und die zweite Richtung 7 bei der Spannvorrichtung 1 gleichgerichtet sind, d. h. von den nebeneinander angeordneten Rahmen 2, 3 aus in dieselbe Richtung weisen. Die Anordnung der Rahmen 2, 3 und der darin angeordneten Spannstifte 4, 5 ist symmetrisch zu einer zwischen den Rahmen parallel zu der ersten Richtung 6 verlaufenden ersten Symmetrieebene 16. Entgegen einer mit Druckfedern 8 aufgebrachten Rückstellkraft in der ersten Richtung 6 bzw. der zweiten Richtung 7 sind die Spannstifte 4, 5 in den jeweiligen Rahmen 2, 3 eindrückbar. Die Lage der ersten Spannstifte 4 in der ersten Richtung 6 gegenüber dem ersten Rahmen 2 ist mit einer ersten Fixiereinrichtung 9 fixierbar. Ebenso ist die Stellung der zweiten Spannstifte 4 in der zweiten Richtung 7 gegenüber dem zweiten Rahmen 3 mit einer zweiten Fixiereinrichtung 10 fixierbar. Die Fixiereinrichtungen 9, 10 sind hier jeweils so angedeutet, dass sie eine bewegliche Wand 11 aufweisen, die mit einem Piezoaktuator 12 mit gestapelten Piezoelementen in einer ersten Querrichtung 13 bzw. einer zweiten Querrichtung 14 beaufschlagbar ist, um eine Fixierkraft auf die ersten Spannstifte 4 bzw. die zweiten Spannstifte 5 aufzubringen. Diese Fixierkraft drückt die jeweiligen Spannstifte an parallel zu der ersten Richtung 6 verlaufende Rahmeninnenflächen 15 des jeweiligen Rahmens 2, 3. Bei diesem Andrücken infolge der Fixierkraft kommt es auch zu einer begrenzten seitlichen Bewegung der Spannstifte 4, 5 in der jeweiligen Querrichtung 13, 14.
Diese seitliche Bewegung der Spannstifte 4, 5 wird bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 zum Spannen von Werkstücken genutzt. Ein ersten Beispiel hierfür ist in 3 skizziert. Ein Werkstück 17 ist von oben entgegen der ersten Richtung 6 unter Eindrücken einiger der Spannstifte 4, 5 auf die Spannvorrichtung 1 gemäß den 1 und 2 aufgelegt worden. Wenn dann die Spannstifte 4, 5 durch Aufbringen der Fixierkräfte in den Querrichtungen 13, 14 an dem jeweiligen Rahmen 2, 3 fixiert werden, legen sich nicht eingedrückten Spannstifte von außen an das Werkstück 17 an und spannen dieses. Damit wird das Werkstück 17 in seiner Relativlage gegenüber der Spannvorrichtung 1 gehalten.
4 illustriert, wie mit der Spannvorrichtung 1 auch ein Werkstück 17 ergriffen werden kann, das nur aus einer Richtung, hier von oben, zugänglich ist. Auch dann wird zunächst wieder eine Relativposition der Rahmen 2, 3 gegenüber dem Werkstück 17 eingestellt, in der das Werkstück 17 die Spannstifte 4, 5 teilweise eindrückt. Anschließend werden die Fixierkräfte in den Querrichtungen 13, 14 aufgebracht, und dadurch wird das Werkstück 17 so von den außen anliegenden Spannstiften 4, 5 gespannt, dass es anschließend mit der Spannvorrichtung 1 gehandhabt, d. h. insbesondere angehoben werden kann.
Bei der abgewandelten Ausführungsform der Spannvorrichtung 1 gemäß 5 sind die Fixiereinrichtungen so ausgebildet, dass die von ihnen aufgebrachten Fixierkräfte nicht in einander entgegen gerichteten, sondern in voneinander weg gerichteten Querrichtungen 13, 14 verlaufen. Entsprechend bewegen sich die ersten Spannstifte 4 und die zweiten Spannstifte 5 nicht aufeinander zu, sondern voneinander weg, wenn die Fixierkräfte aufgebracht werden. Dies wird gemäß 5 genutzt, um ein ringförmiges Werkstück 17 mit den nicht eingedrückten Spannstiften 4, 5 an seinem Innenumfang 18 zu spannen.
Die Spannvorrichtung 1 gemäß 6 umfasst in spiegelbildlicher Anordnung zu dem ersten Rahmen 2 mit den ersten Spannstiften 4 und dem zweiten Rahmen 3 mit den zweiten Spannstiften 5 einen dritten Rahmen 19 mit dritten Spannstiften 20 und einen vierten Rahmen 21 mit vierten Spannstiften 22. Die Spiegelsymmetrie der Anordnung der Rahmen 19, 21 mit den Spannstiften 20, 22 gegenüber den Rahmen 2, 3 mit den Spannstiften 4, 5 besteht bezüglich einer quer zu der ersten Symmetrieebene 16 verlaufenden zweiten Symmetrieebene 23. Mit der Spannvorrichtung 1 kann ein Werkstück 17 mit einer konturierten Oberfläche 24 von zwei Seiten gespannt werden. Dazu werden zunächst die Rahmen 2, 3, 19, 21 wieder in die Relativposition gebracht, in der die Oberfläche 24 des Werkstücks 17 die Spannstifte 4, 5, 20, 22 teilweise eindrückt. Dann werden die Spannstifte 4, 5, 20, 22 durch die in Querrichtung 13, 14 wirkenden Fixierkräfte gegenüber dem jeweiligen Rahmen 2, 3, 19, 21 fixiert. Die daraus resultierende Bewegung der Spannstifte 4, 5, 20, 22 in der jeweiligen Querrichtung 13, 14 bringt dann eine Spannkraft auf das Werkstück 17 auf, die die Relativpositionen der Rahmen 2, 3, 19, 21 gegenüber dem Werkstück 17 fixiert, ohne dass dabei die Rahmen 2, 3, 19, 21 bewegt würden oder andere Kräfte als Reaktionskräfte auf die auf die Spannstifte 4, 5, 20, 22 einwirkenden Fixierkräften auf die Rahmen 2, 3, 19, 21 aufgebracht würden.
7 stellt noch einmal als Ablaufdiagramm die wesentlichen Schritte bei der erfindungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zusammen. Zunächst wird in einem Schritt 25 die Relativposition der Rahmen 2, 3, 19, 21 zu dem Werkstück 17 eingestellt. Danach werden die Rahmen 2, 3, 19, 21 nicht mehr verfahren. Vielmehr erfolgt in einem nächsten Schritt 26 nur noch ein Aufbringen der Fixierkräfte in den Querrichtungen 13, 14 auf die Spannstifte 4, 5, 20, 22. In einem anschließenden Schritt 27 kann dann das Werkstück 17 mit der Spannvorrichtung 1 gehandhabt werden, also beispielsweise angehoben, transportiert usw. An seinem neuen Ort kann dann das Werkstück durch Aufheben der Fixierkräfte und Entfernen der Rahmen 2, 3, 19, 21 wieder freigegeben werden.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: erster Rahmen
3: zweiter Rahmen
4: erster Spannstift
5: zweiter Spannstift
6: erste Richtung
7: zweite Richtung
8: Druckfeder
9: erste Fixiereinrichtung
10: zweite Fixiereinrichtung
11: bewegliche Wand
12: Piezoaktuator
13: erste Querrichtung
14: zweite Querrichtung
15: Rahmeninnenfläche
16: erste Symmetrieebene
17: Werkstück
18: Innenumfang
19: dritter Rahmen
20: dritte Spannstifte
21: vierter Rahmen
22: vierte Spannstifte
23: zweite Symmetrieebene
24: konturierte Oberfläche
25: Schritt
26: Schritt
27: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015101599 B3 [0002]
DE 202012101508 U1 [0003]
WO 2016/045833 A1 [0004, 0005, 0008]

Claims

Spannvorrichtung (1) zum Spannen eines Werkstücks (17) mit - ersten Spannstiften (4), - einem ersten Rahmen (2), der die ersten Spannstifte (4) seitlich umschließt, - wobei die ersten Spannstifte (4) aus einer Ausgangsstellung, in der die ersten Spannstifte (4) in einer ersten Richtung (6) mit einem Teil ihrer Länge über den ersten Rahmen (2) überstehen, gegen in der ersten Richtung (6) wirksame Rückstellkräfte weiter in den ersten Rahmen (2) eindrückbar sind, - einer ersten Fixiereinrichtung (9), mit der eine erste Fixierkraft in einer quer zu der ersten Richtung (6) verlaufenden ersten Querrichtung (13) auf die ersten Spannstifte (4) aufbringbar ist, um die ersten Spannstifte (4) an dem ersten Rahmen (2) zu fixieren, - zweiten Spannstiften (5), - einem zweiten Rahmen (3), der die zweiten Spannstifte (5) seitlich umschließt, - wobei die zweiten Spannstifte (5) aus einer Ausgangsstellung, in der die zweiten Spannstifte (5) in einer zweiten Richtung (7) mit einem Teil ihrer Länge über den zweiten Rahmen (3) überstehen, gegen in der zweiten Richtung (7) wirksame Rückstellkräfte weiter in den zweiten Rahmen (3) eindrückbar sind, und - einer zweiten Fixiereinrichtung (10), mit der eine zweite Fixierkraft in einer quer zu der zweiten Richtung (7) verlaufenden zweiten Querrichtung (14) auf die zweiten Spannstifte (4) aufbringbar ist, um die zweiten Spannstifte (4) an dem zweiten Rahmen (3) zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rahmen (2) und der zweite Rahmen (3) nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste Richtung (6) und die zweite Richtung (7) gleichgerichtet sind und wobei die erste Querrichtung (13) und die zweite Querrichtung (14) einander entgegen gesetzt sind.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Querrichtung (13) und die zweite Querrichtung (14) einander entgegen gerichtet sind.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rahmen (2) und der zweite Rahmen (3) zum gemeinsamen Verfahren in und entgegen der ersten Richtung (6) gekoppelt sind.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des ersten Rahmens (2) zu dem zweiten Rahmen (3) in der ersten Querrichtung (13) einstellbar ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannstifte (4) mit dem ersten Fixierelement und die zweiten Spannstifte (5) mit dem zweiten Fixierelement an parallel zu der ersten Richtung (6) verlaufenden Rahmeninnenflächen (15) des ersten Rahmens (2) und des zweiten Rahmens (3) fixierbar sind.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Aktuator, der die erste Fixierkraft der ersten Fixiereinrichtung (9) aufbringt, und ein zweiter Aktuator, der die zweite Fixierkraft der zweiten Fixiereinrichtung (10) aufbringt, vorgesehen sind oder dass ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen ist, der die erste Fixierkraft der ersten Fixiereinrichtung (9) und die zweite Fixierkraft der zweiten Fixiereinrichtung (10) aufbringt.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Aktuatoren ein Piezoaktuator (12) ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) spiegelsymmetrisch zu einer parallel zu der ersten Richtung (6) zwischen dem ersten Rahmen (2) und dem zweiten Rahmen (3) verlaufenden ersten Symmetrieebene (16) oder achsensymmetrisch zu einer parallel zu der ersten Richtung (6) zwischen dem ersten Rahmen (2) und dem zweiten Rahmen (3) verlaufenden ersten Symmetrieachse (16) ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Spannstifte (20) in einem dritten Rahmen (19) und vierte Spannstifte (22) in einem vierten Rahmen (21) angeordnet sind, wobei die Spannvorrichtung (1) spiegelsymmetrisch zu einer quer zu der ersten Richtung (6) zwischen dem ersten Rahmen (2) und dem zweiten Rahmen (3) einerseits und dem dritten Rahmen (19) und dem vierten Rahmen (21) andererseits verlaufenden zweiten Symmetrieebene (23) der achsensymmetrisch zu einer quer zu der ersten Richtung (6) zwischen dem ersten Rahmen (2) und dem zweiten Rahmen (3) einerseits und dem dritten Rahmen (19) und dem vierten Rahmen (21) andererseits verlaufenden zweiten Symmetrieachse (23) ausgebildet ist.
Verwendung einer Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Spannen eines Werkstücks (17) mit konturierter Oberfläche (24), - wobei die Rahmen (2, 3, 19, 21) mit den Spannstiften (4, 5, 20, 22) und das Werkstück (17) in eine Relativposition gebracht werden, in der das Werkstück (17) die Spannstifte (4, 5, 20, 22) mit seiner konturierten Oberfläche (24) gegen die Rückstellkräfte unterschiedlich weit in die Rahmen (2, 3, 19, 21) eindrückt, und - wobei die Fixierkräfte auf die Spannstifte (2, 3, 20, 22) nach Erreichen und unter Beibehalten der Relativposition aufgebracht werden, um eine Spannkraft auf das Werkstück (17) aufzubringen.