DE102020125480A1 - Clamping system for clamping a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Spannsystem (10) zum Spannen eines Werkstückes (16) mit einer beliebigen Form, insbesondere für eine fräsende oder drehende Bearbeitung. Das Spannsystem (10) umfasst:- zumindest eine Erfassungsvorrichtung (36) zum Erfassen von Daten des Werkstücks (16), insbesondere Daten bezüglich der Werkstückpositionen, Werkstücklagen und Verformungszustände des Werkstücks (16),- zumindest eine, insbesondere mehrere Spannflächen (28) umfassende Spannvorrichtung (14), wobei die Spannvorrichtung (14) zumindest eine Aktoreinrichtung (18) umfasst, die entlang einer Aktorführung in einer Verschieberichtung (B) relativ zu einer Grundeinrichtung (12) der Spannvorrichtung (14) die Spannfläche (28) verschiebbar und an die Kontur (A) des zu spannenden Werkstücks (16) heranfahrbar und anlegbar bewegen kann,- zumindest eine Steuervorrichtung (24), die die Aktoreinrichtung (18) der Spannvorrichtung (14) in eine gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann, und- zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung (30) zur Steuerung einer Position der Aktoreinrichtung (18) auf Basis der Daten der Erfassungsvorrichtung (36), wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuervorrichtung (24) verbunden ist.The invention relates to a clamping system (10) for clamping a workpiece (16) of any shape, in particular for milling or turning. The clamping system (10) comprises: - at least one recording device (36) for recording data of the workpiece (16), in particular data relating to the workpiece positions, workpiece positions and deformation states of the workpiece (16), - comprising at least one, in particular several, clamping surfaces (28). Clamping device (14), wherein the clamping device (14) comprises at least one actuator device (18) which can slide the clamping surface (28) along an actuator guide in a displacement direction (B) relative to a base device (12) of the clamping device (14) and attaches it to the contour (A) of the workpiece (16) to be clamped in such a way that it can be approached and placed, - at least one control device (24) which can control the actuator device (18) of the clamping device (14) so that it can be moved and locked into any desired position, and - at least a data processing device (30) for controlling a position of the actuator device (18) on the basis of the data from the detection device (36), wherein the Data processing device is wired or wirelessly connected to the control device (24).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form, insbesondere zum Einspannen eines Werkstücks für eine fräsende oder drehende Bearbeitung.The present invention relates to a clamping system for clamping a workpiece of any shape, in particular for clamping a workpiece for milling or turning.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Aus dem Stand der Technik sind diverse Spannvorrichtungen bekannt. Bei der Herstellung hochwertiger Fassadenelemente müssen oft sehr große oder lange Werkstücke wie z.B. tonnenschwere Metallprofile mit geringen Stückzahlen bearbeitet werden. Hierdurch ist ein hoher Rüstaufwand bei der Positionierung und Einspannung der Werkstücke mit speziell entwickelten und hergestellten Spannwerkzeugen notwendig, wodurch die Lagerlogistik erschwert und Arbeits- und Materialkosten anfallen. Weiterhin ist es praktisch unmöglich, mit an sich starr ausgebildeten und massiven Spannbacken mit unveränderlichen Spannseiten ein unregelmäßiges und teilweise mechanisch empfindliches Werkstück einzuspannen.Various clamping devices are known from the prior art. In the production of high-quality facade elements, very large or long workpieces such as metal profiles weighing several tons have to be processed in small quantities. This necessitates a high set-up effort when positioning and clamping the workpieces with specially developed and manufactured clamping tools, which makes warehouse logistics more difficult and increases labor and material costs. Furthermore, it is practically impossible to clamp an irregular and sometimes mechanically sensitive workpiece with rigidly designed and solid clamping jaws with unchangeable clamping sides.
Beispielsweise offenbart die
Hierdurch ist es unter anderem möglich, die Spannstößel mit Kammern eines mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten und untereinander kommunizierenden Systems zu verbinden. Durch eingebaute Ventile kann eine Flüssigkeitsleitung in dem System für jeden Spannstößel unterbrochen werden. Hierdurch wird ermöglicht, die Spannstößel in einer beliebig eingestellten Stellung zu arretieren. Weitere ähnliche Spannbacken mit beliebig formveränderlichen Spannseiten sind beispielsweise in der
Des Weiteren ist in der
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass eine Vielzahl von Ventilen bzw. Aktoren verbaut sind, oder dass vordefinierte Aktorbewegungen der in den Spannbacken fest eingebauten Spann-Aktoren mit Spannstößel vorgesehen sind. Dies führt zu hohen Herstellkosten der Spannbacken und einer aufwendigen Wartung, da eine Vielzahl von Ventilen und Aktoren verbaut sind.Based on the prior art mentioned above, the problem arises that a large number of valves or actuators are installed, or that predefined actuator movements are provided for the clamping actuators with clamping plungers that are permanently installed in the clamping jaws. This leads to high production costs for the clamping jaws and complex maintenance, since a large number of valves and actuators are installed.
Daneben ist eine Verwendung einer Vielzahl von Spannstößel bzw. Aktoren in einer vorgefertigten Halterung nachteilig, da die Halterung an die jeweilige Maschine bzw. an das vorzunehmende Arbeitsverfahren angepasst werden muss. Somit werden hohen Herstellkosten verursacht und eine breite Nutzung der zur Verfügung stehenden individuellen Spannvorrichtungen wird verhindert.In addition, the use of a large number of clamping rams or actuators in a prefabricated holder is disadvantageous, since the holder has to be adapted to the respective machine or to the work process to be carried out. This causes high manufacturing costs and prevents the available individual clamping devices from being widely used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein modulares Spannsystem vorzuschlagen, womit die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, um ein Herstellverfahren und eine Wartung zu vereinfachen, eine hohe Flexibilität zu ermöglichen und eine existierende Maschine einfach nachzurüsten.It is therefore the object of the present invention to propose a modular clamping system, with which the disadvantages of the prior art are avoided, in order to simplify a manufacturing process and maintenance, to enable a high level of flexibility and to easily retrofit an existing machine.
Diese Aufgabe wird durch ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.This object is achieved by a clamping system for clamping a workpiece with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß wird ein modulares Spannsystem zum Spannen eines Werkstückes mit einer beliebigen Form, insbesondere für eine fräsende oder drehende Bearbeitung vorgeschlagen. Das Spannsystem umfasst:
- - zumindest eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten des Werkstücks, insbesondere Daten bezüglich der Werkstückpositionen, Werkstücklagen und Verformungszustände des Werkstücks,
- - zumindest eine, insbesondere mehrere Spannflächen umfassende Spannvorrichtung, wobei die Spannvorrichtung zumindest eine Aktoreinrichtung umfasst, die entlang einer Aktorführung in einer Verschieberichtung relativ zu einer Grundeinrichtung der Spannvorrichtung die Spannfläche bzw. die Spannflächen verschiebbar und an die Kontur des zu spannenden Werkstücks heranfahrbar und anlegbar bewegen kann,
- - zumindest eine Steuervorrichtung, die die Aktoreinrichtung der Spannvorrichtung in einer gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann, und
- - zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Steuerung einer Position der Aktoreinrichtung auf Basis der Daten der Erfassungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
- - at least one acquisition device for acquiring data of the workpiece, in particular data relating to the workpiece positions, workpiece positions and deformation states of the workpiece,
- - At least one clamping device comprising, in particular, a plurality of clamping surfaces, the clamping device comprising at least one actuator device which moves the clamping surface or clamping surfaces along an actuator guide in a displacement direction relative to a basic device of the clamping device so that it can be moved and placed against the contour of the workpiece to be clamped can,
- - At least one control device that can control the actuator device of the clamping device in a desired position such that it can be moved and locked, and
- - At least one data processing device for controlling a position of the actuator device on the basis of the data of the detection process direction, wherein the data processing device is wired or wirelessly connected to the control device.
Somit wird ein „intelligentes“ Spannsystem zur Verringerung eines Rüstaufwandes und zur Flexibilisierung von Lagerlogistik ermöglicht, die modular einsetzbar ist. Das Spannsystem kann zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist das Spannsystem möglichst unabhängig von einer Geometrie eines meist fräsend und drehend zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet. Es kann vorteilhaft bei einer Metall- oder Holzbearbeitung wie z.B. bei einer Herstellung hochwertiger Fassadenelemente oder Turbinenschaufeln das Spannsystem eingesetzt werden. Das Spannsystem ist so flexibel, dass auch bestehende Altanlagen dadurch aufgerüstet werden können.This enables an "intelligent" clamping system to reduce the set-up effort and to make warehouse logistics more flexible, which can be used in a modular manner. The clamping system can be used to clamp a workpiece of any shape. In other words, the clamping system is designed to be as independent as possible of the geometry of a workpiece that is usually to be machined by milling and turning. The clamping system can be used to advantage when processing metal or wood, e.g. when producing high-quality facade elements or turbine blades. The clamping system is so flexible that existing old systems can also be upgraded with it.
Weiterhin kann jeder Anwender entweder manuell über Bohrungen in Metallplatten bzw. Gehäusen oder automatisch über einen magnetischen Kontakt zwischen den Aktoreinrichtungen und einem Spannschlitten die Aktoreinrichtungen des Spannsystem anbringen. Dabei kann ein Anwender die Aktuatorvorrichtungen an nahezu frei wählbaren Positionen anbringen und manuell oder automatisch gesteuert ein für die jeweilige Bearbeitungssituation angepassten Spannsystem modular zusammensetzen. Auch ist durch die magnetische Halterung der Spannvorrichtungen möglich, die Spannvorrichtung zunächst an dem zu spannenden Werkstück zu befestigen, dieses in eine Bearbeitungsmaschine einzufahren, und anschließend die Akturvorrichtungen zentral gesteuert auszufahren um sich in Spannschlitten der Bearbeitungsmaschine zu verankern.Furthermore, each user can attach the actuator devices of the clamping system either manually via bores in metal plates or housings or automatically via magnetic contact between the actuator devices and a clamping carriage. A user can attach the actuator devices to almost freely selectable positions and, controlled manually or automatically, assemble a modular clamping system that is adapted to the respective machining situation. The magnetic mounting of the clamping devices also makes it possible to first attach the clamping device to the workpiece to be clamped, to move it into a processing machine, and then to extend the actuator devices under central control in order to anchor them in the clamping carriage of the processing machine.
Die Spannvorrichtung umfasst zumindest eine Grundeinrichtung und zumindest eine, insbesondere mehrere als Spannflächen ausgebildete Aktoreinrichtungen, die sich an die Kontur des zu spannenden Werkstücks anlegbar bewegen können. Damit können die Spannflächen relativ zu den Grundeinrichtungen verschoben und das Werkstück in einer festgelegten Stellung festgehalten werden. Die Aktoreinrichtungen sind entlang der Aktorführung verschiebbar und können durch eine Arretierungseinrichtung festgelegt werden.The clamping device comprises at least one basic device and at least one, in particular several, actuator devices designed as clamping surfaces, which can move so that they can be placed against the contour of the workpiece to be clamped. This allows the clamping surfaces to be shifted relative to the basic equipment and the workpiece to be held in a fixed position. The actuator devices can be moved along the actuator guide and can be fixed by a locking device.
Die Aktoreinrichtungen sind länglich ausgebildet, die sich bevorzugt entlang einer vertikalen Achse eines Führungsstiftes, eines Zylinders, einer Schraube, eines länglichen Gewindes oder entlang einer Hülse, die gegebenfalls ein Gewinde besitzt, bewegen.The actuator devices are elongate, which preferably move along a vertical axis of a guide pin, a cylinder, a screw, an elongated thread or along a sleeve, which may have a thread.
Das Spannsystem wirkt an mehreren Positionen mittels der Aktoreinrichtungen auf das Werkstück ein. Jede Aktoreinrichtung umfasst eine bewegliche Einheit, die entweder selbstständig oder von außen gesteuert ein- und ausfahren werden kann. Die Aktoreinrichtungen können aus einem oder mehreren nah beieinander oder vereinzelt montierten, elektrisch betätigten Stempeln ausgebildet sein. Die zerspanende oder fräsende Bearbeitung des Werkstücks kann danach mittels eines Bearbeitungswerkzeugs erfolgen. Ein Ein- und Ausfahren der Aktoreinrichtung kann mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Spannlänge und der Spannkraft erfolgen.The clamping system acts on the workpiece at several positions by means of the actuator devices. Each actuator device includes a movable unit that can be moved in and out either independently or under external control. The actuator devices can be formed from one or more electrically actuated stamps mounted close together or individually. The workpiece can then be machined or milled using a machining tool. The actuator device can be moved in and out at a variable speed depending on the clamping length and the clamping force.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung in Abhängigkeit der von der Erfassungsvorrichtung erfassten Daten in Verbindung mit den im Spannsystem hinterlegten CAD-Daten die Aktoreinrichtungen ansteuern. Es ist vorteilhaft, dass die Aktoreinrichtungen während einer Bearbeitung aktiv bleiben, d.h. nicht in herkömmlicher Weise mechanisch verriegelt werden. Es ist weiterhin möglich, dass zumindest ein Paar Aktoreinrichtungen während der Bearbeitung gelöst werden, um eine neue Position einzunehmen. Dadurch werden die Bearbeitung an den Stellen, die bis dahin von der Spannvorrichtung verdeckt sind ermöglicht, und gleichzeitig ist ein sicherer Halt des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt gegeben. Weiterhin können die Aktoreinrichtungen entweder in dem vorgefertigten Spannschlitten oder individuell in nachträglichen Bohrungen befestigt sein.Furthermore, the control device can control the actuator devices as a function of the data recorded by the detection device in conjunction with the CAD data stored in the clamping system. It is advantageous that the actuator devices remain active during processing, i.e. are not mechanically locked in a conventional manner. It is also possible for at least one pair of actuator devices to be released during processing in order to assume a new position. This enables machining at the points that were previously covered by the clamping device, and at the same time the workpiece is held securely at all times. Furthermore, the actuator devices can be fastened either in the prefabricated clamping carriage or individually in subsequent bores.
Durch die Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgt eine zentrale oder dezentrale Steuerung der Aktoreinrichtungen. Vorteilhafterweise ist eine Kombination der Steuerungssignale möglich, so dass die Aktoreinrichtungen untereinander und / oder mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung Daten austauschen kann, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung Positionen jeder einzelnen Aktoreinrichtung drahtgebunden beispielsweise über eine elektrische Verbindung oder drahtlos steuern kann.The data processing device controls the actuator devices centrally or decentrally. A combination of the control signals is advantageously possible, so that the actuator devices can exchange data with one another and/or with the central data processing device, with the data processing device being able to control positions of each individual actuator device by wire, for example via an electrical connection, or wirelessly.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Spannsystems kann die Aktoreinrichtung zumindest eine Basiseinheit und zumindest eine an der Basiseinheit wechselbar anbringbare, auf der Basiseinheit aufschraubbare Aufsatzeinheit umfassen, wobei bevorzugt ein Endabschnitt der Aufsatzeinheit eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweist, und die Spannfläche umfasst. Der Endabschnitt der Aufsatzeinheit kann mit verschiedenen Geometrien vorgesehen sein. Der Endabschnitt kann eine runde, ballige, spitze oder planare Geometrie aufweisen. Auf einer Oberfläche der Aktoreinrichtung. insbesondere an einem Endabschnitt, können sich Sensoren verschiedener Art, wie z.B. Kraftsensoren oder Kontaktsensoren befinden. Weiterhin kann eine aufsteckbare Kappe aus verschiedenen Materialien zum Schutz der Sensoren und des Werkstücks aufgesetzt werden. Weiterhin kann die Aktoreinrichtung, bevorzugt der Endbereich, insbesondere eine aufsteckbare Kappe, mit einem durch die Steuervorrichtung durchführbare Erfassung, insbesondere eine optische Erfassung erlaubendes Material beschichtet werden, wobei das Material bestimmte Wellenlängen eines elektromagnetischen Spektrums reflektieren kann.In an advantageous development of the clamping system, the actuator device can comprise at least one base unit and at least one attachment unit that can be attached to the base unit in an exchangeable manner and can be screwed onto the base unit, with an end section of the attachment unit preferably having the shape of a cuboid, a cylinder, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. and includes the clamping surface. The end section of the attachment unit can be provided with different geometries. The end section can have a round, crowned, pointed or planar geometry. On a surface of the actuator device. sensors of various types, such as force sensors or contact sensors, can be located, in particular at one end section. Furthermore, an attachable cap made of different materials to protect the sensors and the movement be put on piece by piece. Furthermore, the actuator device, preferably the end area, in particular an attachable cap, can be coated with a material that allows detection that can be carried out by the control device, in particular optical detection, wherein the material can reflect specific wavelengths of an electromagnetic spectrum.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest einen Sensor zum Erfassen der Daten des Werkstücks umfassen. Die Daten können nach Wunsch die Daten der Werkstückpositionen, der Werkstücklagen und der Verformungszustände umfassen. Ein elektrischer Sensor kann als Sensor der Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Spannungen und Strömen vorgesehen sein. Weiterhin kann ein chemischer Sensor angeordnet sein, der selektiv auf eine Verbindung oder Verbindungsklassen reagieren kann, wobei hierzu auch „elektronische Nasen“ gehören.In a further advantageous development, the detection device can include at least one sensor for detecting the data of the workpiece. The data may include workpiece position data, workpiece location data, and deformation state data, as desired. An electrical sensor can be provided as a sensor of the detection device for detecting voltages and currents. Furthermore, a chemical sensor can be arranged, which can react selectively to a compound or classes of compounds, which also includes "electronic noses".
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Sensor als Drucksensor, Kraftmesssensor, Drehratensensor, Beschleunigungssensor, Gas- und Feuchtigkeitsmesssensor, Temperatursensor und / oder Kontaktsensor ausgebildet sein. Der Gasmesssensor kann zum Erfassen von Daten beispielsweise eines Sauerstoffs und Wasserstoffs angeordnet sein.In a further advantageous development, the sensor can be embodied as a pressure sensor, force measuring sensor, yaw rate sensor, acceleration sensor, gas and moisture measuring sensor, temperature sensor and/or contact sensor. The gas measurement sensor can be arranged to acquire data of, for example, oxygen and hydrogen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung in der Aktoreinrichtung, insbesondere in der Aufsatzeinheit integriert sein. Die Sensoren, die in der Erfassungsvorrichtung erhalten sind, können vorteilhaft in der Aufsatzeinheit platzsparend angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Aufsatzeinheit auswechselbar. Die aufschraubbare Aufsatzeinheit dient entweder zu einer reinen Verlängerung oder zum Beinhalten bei Bedarf zusätzliche Funktionen wie z.B. die Sensoren, Stromversorgungseinrichtungen, Elektronik, Kommunikationselektronik oder Identifizierungsmerkmale wie z.B. RFID-Chips oder Farbkodierungen. Durch einen einfachen Wechsel der aufschraubbaren Aufsatzeinheit kann schnell und einfach eine Funktionalität oder Einsatzfähigkeit hinzugefügt oder entfernt werden.In a further advantageous development, the detection device can be integrated in the actuator device, in particular in the attachment unit. The sensors that are contained in the detection device can advantageously be arranged in a space-saving manner in the attachment unit. The attachment unit is advantageously exchangeable. The screw-on attachment unit is used either as a pure extension or to include additional functions such as sensors, power supply devices, electronics, communication electronics or identification features such as RFID chips or color coding. Functionality or operational capability can be added or removed quickly and easily by simply changing the screw-on attachment unit.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Kamera umfassen. Somit kann eine optische Kontrolle und Bildauswertung erfolgen, auch kann im Sinne von Industrie 4.0 jeder Arbeitsschritt protokolliert werden.In a further advantageous development, the detection device can include at least one camera. This means that an optical check and image evaluation can be carried out, and every work step can also be logged in accordance with Industry 4.0.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Übermittlungseinrichtung zum aktiven und / oder passiven Übertragen der Daten des Werkstücks an die Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, wobei die Übermittlungseinrichtung als drahtgebundene oder drahtlose Übermittlungseinrichtung, insbesondere Funk-, WLAN- oder RFID-Übermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Die Aktoreinrichtung mit einer Möglichkeit zur drahtlosen Verbindung kann zumindest eine Einheit zum Empfang, und wahlweise eine weitere zusätzliche Einheit zum Senden von Steuersignalen zur Steuerung eines elektrischen Motors und zur Übermittlung der Daten aus den Sensoren umfassen. Die Übermittlung der Steuersignale kann über Schnittstellen beispielsweise Bluetooth, WLAN, Funksignale oder NFC-Technik erfolgen. Die Aktoreinrichtung kann wahlweise zusätzlich mit den Sensoren und der Elektronik ausgestattet sein, wobei die Sensoren bevorzugt Parameter für die Werkstückbearbeitung und für die Spannungen erfassen können.In a further advantageous development, the detection device can include at least one transmission device for actively and/or passively transmitting the data of the workpiece to the data processing device, with the transmission device being designed as a wired or wireless transmission device, in particular a radio, WLAN or RFID transmission device. The actuator device with a wireless connection option can include at least one unit for receiving, and optionally a further additional unit for sending control signals for controlling an electric motor and for transmitting the data from the sensors. The control signals can be transmitted via interfaces such as Bluetooth, WLAN, radio signals or NFC technology. The actuator device can optionally also be equipped with the sensors and the electronics, with the sensors preferably being able to record parameters for the workpiece processing and for the voltages.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Aktoreinrichtung als Spannstößel ausgebildet sein, wobei bevorzugt zumindest eine Erfassungsvorrichtung in dem Spannstößel umfasst ist. Der Spannstößel kann bevorzugt aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, einer Stahllegierung, Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Alternativ kann der Spannstößel aus verschiedenen Materialien, bevorzugt aus einer Kombination aus einem Kunststoff und einem Metall bestehen.In a further advantageous development, the actuator device can be designed as a clamping ram, with at least one detection device preferably being included in the clamping ram. The clamping ram can preferably consist of a metal, in particular steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. Alternatively, the clamping ram can be made of different materials, preferably a combination of a plastic and a metal.
Weiterhin kann der Spannstößel rund oder eckig ausgebildet sein. Bevorzugt weist der Spannstößel dabei eine Quaderform, Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder eines hexagonalen Prismas auf .Es sind auch Mischformen und fließende Übergänge verschiedener Querschnittsformen möglich. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Befestigung der Sensoren, der Energielieferanten, der Farbmarkeirungen oder der RFID-Einheiten an oder in dem Spannstößel möglich ist.Furthermore, the clamping ram can be round or square. The clamping ram preferably has a cuboid shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. Mixed shapes and smooth transitions of different cross-sectional shapes are also possible. It is conceivable, for example, that the sensors, the energy suppliers, the color markings or the RFID units can be attached to or in the clamping ram.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannfläche der Aktoreinrichtung einen Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu einem Meter aufweisen. Grundsätzlich gibt es keine Größenbeschränkung. Allerdings ist bei Grö-ßen von weniger als 8 mm des Durchmessers eine Befestigung einer Energie-, Empfangs-, Sende-, Antriebs- und Sensoreinheit aufwendig. Die Aktoreinrichtung kann mit einem Durchmesser bis zu 3 mm aufgebaut werden. In der Regel ist die Aktoreinrichtung mit dem Durchmesser von 8 mm bis zu 2 cm ausgebildet.In a further advantageous development, the clamping surface of the actuator device can have a diameter of a few millimeters up to one meter. Basically there is no size limit. However, with sizes of less than 8 mm in diameter, attachment of an energy, reception, transmission, drive and sensor unit is expensive. The actuator device can be constructed with a diameter of up to 3 mm. As a rule, the actuator device is designed with a diameter of 8 mm to 2 cm.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Spannflächen der zumindest einen, insbesondere mehreren Aktoreinrichtungen nah beieinander angeordnet sein, insbesondere die Abstände der Spannflächen geringer als die Durchmesser der Spannflächen sein. Damit ist es möglich, das Werkstück mit der beliebigen Form präzis einzuspannen.In a further advantageous development, the clamping surfaces of the at least one, in particular several actuator devices can be arranged close to one another, in particular the distances between the clamping surfaces can be smaller than the diameter of the clamping surfaces. With this, it is possible to precisely clamp the workpiece of any shape.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung außerhalb von Spannwerkzeugen, insbesondere als Haltevorrichtung, zur Ladungssicherung einsetzbar sein. Es ist denkbar, das modulare Spannsystem in Transportfahrzeugen, Güterzügen, Lastwagen oder ähnliches zur Transportsicherung einzusetzen.In a further advantageous development, the clamping device can be used outside of clamping tools, in particular as a holding device, for load securing. It is conceivable to use the modular clamping system in transport vehicles, freight trains, trucks or the like for transport security.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung mittels Magnetkraft oder Haftkraft an eine vorgefertigten Spannschlitten, an einer Spannbacke und / oder unmittelbar an einem zu spannenden Werkstück und an einem weiteren Abstützpunkt befestigbar sein. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, keine Bohrung im Spannschlitten für die Aktorführung notwendig zu sein. Die Magnetkraft kann permanentmagnetisch oder mittels Elektromagnete aufgebracht werden. Ein Strom der Elektromagnete kann adaptiv abhängig von einer aufgebrachten Spannkraft adaptiv eingestellt werden.In a further advantageous development, the clamping device can be fastened to a prefabricated clamping carriage, to a clamping jaw and/or directly to a workpiece to be clamped and to a further support point by means of magnetic force or adhesive force. It can thus be advantageously achieved that no drilling is required in the clamping slide for the actuator guide. The magnetic force can be applied permanently magnetically or by means of electromagnets. A current of the electromagnets can be adjusted adaptively depending on an applied clamping force.
Vorteilhaft kann eine Spannung durch eine Hubbewegung eines Spannschlittens und einer zusätzlichen Bewegung der einen oder der Vielzahl von Aktoreinrichtung erfolgen.Tensioning can advantageously be effected by a lifting movement of a tensioning carriage and an additional movement of one or the plurality of actuator devices.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine Kraftsteuereinheit in der Aktoreinrichtung umfasst sein, so dass eine vordefinierbare Haltkraft der Aktoreinrichtung festlegbar und an eine durch die Bearbeitung des Werkstücks auftretende Kraft anpassbar ist. Die gegenüber liegenden Spannvorrichtungen können während der Bearbeitung derart angesteuert werden, um Haltekräfte der Aktoreinrichtungen an durch die Bearbeitung auftretende Kräfte anzupassen, so dass eine Verformung, insbesondere eine Verbiegung des Werkstücks verhindert werden kann.In a further advantageous development, at least one force control unit can be included in the actuator device, so that a predefined holding force of the actuator device can be defined and adapted to a force occurring as a result of the machining of the workpiece. The opposing clamping devices can be controlled during processing in such a way as to adapt the holding forces of the actuator devices to the forces occurring during processing, so that deformation, in particular bending of the workpiece can be prevented.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann für jede Aktoreinrichtung zumindest ein elektrischer Motor, insbesondere ein Elektromotor und / oder zumindest eine Energiequelle zum Antrieb des elektrischen Motors und / oder zumindest ein Signalempfänger umfasst sein. Der Signalempfänger kann entweder in der Aktoreinrichtung integriert sein oder einen oder mehrere Aktoreinrichtungen am Ort mit einem Strom versorgen. Ist letzteres der Fall, gibt es wiederum eine Energieübertragungsverbindung von dem Signalempfänger zur jeweiligen Aktoreinrichtung. Dies kann beispielsweise über ein Kabel, einen elektrisch leitender Pfad oder über eine Induktionsschnittstelle erfolgen.In a further advantageous development, at least one electric motor, in particular an electric motor and/or at least one energy source for driving the electric motor and/or at least one signal receiver can be included for each actuator device. The signal receiver can either be integrated in the actuator device or supply one or more actuator devices with current on site. If the latter is the case, there is again an energy transmission connection from the signal receiver to the respective actuator device. This can be done, for example, via a cable, an electrically conductive path, or via an induction interface.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Energiequelle mit dem elektrischen Motor drahtgebunden oder drahtlos bevorzugt über Funktechnik verbunden sein. Dazu kann ein Transmitter bzw. ein Sender die Energie in Form von Funkwellen mit einer Frequenz beispielsweise zwischen 5,850 und 5,875 GHz im Giga-Herz-Band (GHz) aussenden. Der Signalempfänger kann die Energie in elektrische Energie umwandeln. Beispielsweise kann mit einem Gerät der Firma Energous Corporation die Energie bis zu 10 W bezogen auf den Signalempfänger übertragen werden. Die Übertragungstechnik kann eine Reichweite bis zum 100 m, bevorzugt von 50 m, insbesondere von 2 bis 10 m vom Sender zum Signalempfänger erreichen.In a further advantageous development, the energy source can be connected to the electric motor by wire or wirelessly, preferably via radio technology. For this purpose, a transmitter or transmitter can emit the energy in the form of radio waves with a frequency, for example, between 5.850 and 5.875 GHz in the giga-heart band (GHz). The signal receiver can convert the energy into electrical energy. For example, with a device from Energous Corporation, the energy can be transmitted up to 10 W in relation to the signal receiver. The transmission technology can achieve a range of up to 100 m, preferably 50 m, in particular 2 to 10 m from the transmitter to the signal receiver.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine primäre oder sekundäre elektrochemische Batterie und / oder zumindest eine Brennstoffzelle und / oder zumindest ein Kondensator und / oder zumindest eine Induktionsspule und / oder zumindest eine Kabelverbindung in der Energiequelle umfasst sein. Die Energie kann eingesetzt werden, um den elektrischen Motor anzutreiben, die Elektronik und die vorhandenen Sensoren zu versorgen. Beispiele für primäre und sekundäre Energiezellen sind Batterien, Lithiumbatterien, Zink-Luft-Batterien, Brennstoffzellen, insbesondere Brennstoffzellen, die Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Ameisensäure, Paraformaldehyd oder Oxymethylenderivate, sogenannte OME wie Dimethoxymethan oder Polyoxymethylenderivate wie der Kunststoff POM zu verwenden. Im Falle der Verwendung der Brennstoffzellen können Kombinationen der Energielieferanten verwendet werden. Beispielsweise liefert eine Direktmethanolbrennstoffzelle einen geringen Strom und lädt damit einen sekundären Energiespeicher wie Lithiumbatterie oder einen Kondensator auf.In a further advantageous development, at least one primary or secondary electrochemical battery and/or at least one fuel cell and/or at least one capacitor and/or at least one induction coil and/or at least one cable connection can be included in the energy source. The energy can be used to drive the electric motor and power the electronics and sensors. Examples of primary and secondary energy cells are batteries, lithium batteries, zinc-air batteries, fuel cells, in particular fuel cells that use methanol, ethanol, formaldehyde, formic acid, paraformaldehyde or oxymethylene derivatives, so-called OME such as dimethoxymethane or polyoxymethylene derivatives such as the plastic POM. In the case of using the fuel cells, combinations of the energy suppliers can be used. For example, a direct methanol fuel cell delivers a small current and uses it to charge a secondary energy storage device such as a lithium battery or a capacitor.
Weiterhin können die Energielieferanten für Stellantrieb der Aktoreinrichtung und für die Sensorik sowie die Steuerung voneinander verschieden sein. Dazu können die Sensorik und die Datenübermittlungseinrichtung über die oben beschriebene Funktechnik energetisch versorgt werden, während der Stellantrieb und die Verriegelung über die davor beschriebenen Energielieferanten erfolgen können. Ausgehend davon ergibt sich der Vorteil einer großen Redundanzminderung insbesondere ergibt sich die Möglichkeit der Verwendung von Sensoren nahe an einem Endabschnitt der Aktoreinrichtung.Furthermore, the energy suppliers for the actuating drive of the actuator device and for the sensors and the controller can be different from one another. For this purpose, the sensor system and the data transmission device can be supplied with energy via the radio technology described above, while the actuating drive and the locking can take place via the energy suppliers described above. Based on this, there is the advantage of a large reduction in redundancy, in particular there is the possibility of using sensors close to an end section of the actuator device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Signalempfänger entweder in jeder Aktoreinrichtung integriert oder separat von der Aktoreinrichtung angeordnet sein.In a further advantageous development, the signal receiver can either be integrated in each actuator device or arranged separately from the actuator device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Hubbewegung der Aktoreinrichtung mechanisch / hydraulisch und / oder pneumatisch und / oder elektrisch erfolgen. Beispielsweise kann auch ein Druckübersetzer oder ein elektrischer Antrieb mit Kugelrollenspindel eingesetzt werden. Zur Überwindung langer Hübe ist es sinnvoll, das Werkstück auf einem Linear- oder Flachbettschlitten zu montieren. Der Linearschlitten kann aus einem beweglichen Gehäuse und zwei festgeschraubten Traversen bestehen.In a further advantageous development, a lifting movement of the actuator device can take place mechanically/hydraulically and/or pneumatically and/or electrically. For example, a pressure intensifier or an electric drive with a ball roller spindle can also be used. To overcome long strokes, it makes sense to mount the workpiece on a linear or flat bed slide. The linear slide can consist of a movable housing and two screwed-on traverses.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
-
1 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform von Anordnungen von mehreren Spannvorrichtungen eines Spannsystems gemäß einer Ausführungsform, die ein Werkstück einspannen; -
2 in einer perspektivischen Darstellung eine in1 dargestellte Spannvorrichtung in Vergrößerung; -
3 in einer perspektivischen Darstellung zwei sich entgegenwirkenden Spannvorrichtungen des Spannsystems der1 ; -
4 in einer perspektivischen Darstellung zwei in1 dargestellte Spannvorrichtung mit einem eingespannten Werkstück; -
5 Seitenansicht der in4 dargestellten entgegenwirkenden Spannvorrichtungen mit dem Werkstück; -
6 Schematische Draufsicht eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
7 in einer perspektivischen Darstellung Spannstößel eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
8 Seitenansicht einer Aktoreinrichtung eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und -
9a -9d Vorderansicht der in8 dargestellte Aufsatzeinheiten mit verschiedenen Spitzenformen.
-
1 in a perspective view an embodiment of arrangements of several clamping devices of a clamping system according to an embodiment, which clamp a workpiece; -
2 in a perspective view an in1 shown clamping device in enlargement; -
3 in a perspective view of two opposing clamping devices of the clamping system1 ; -
4 in a perspective view two in1 shown clamping device with a clamped workpiece; -
5 Side view of the in4 illustrated counteracting fixtures with the workpiece; -
6 Schematic plan view of a clamping system according to a further embodiment; -
7 in a perspective representation of a clamping ram of a clamping system according to a further embodiment; -
8th Side view of an actuator device of a clamping system according to a further embodiment; and -
9a -9d Front view of the in8th Attachment units shown with different tip shapes.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols.
Gemäß
Die Aktoreinrichtungen 18 jeder Spannvorrichtung 14 können nach
In
Ein in
Eine Aktoreinrichtung 18 kann einen Spannstößel 22 gemäß
In
Gemäß
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Spannsystemclamping system
- 1212
- Grundeinrichtungbasic setup
- 1414
- Spannvorrichtungclamping device
- 1616
- Werkstückworkpiece
- 1818
- Aktoreinrichtung actuator device
- 2222
- Spannstößelclamping plunger
- 2424
- Steuervorrichtung control device
- 2828
- Spannfläche clamping surface
- 3636
- Erfassungsvorrichtung detection device
- 4040
- Spannwerkzeug clamping tool
- 4444
- Endabschnittend section
- 4646
- Basiseinheitbase unit
- 4848
- Aufsatzeinheitattachment unit
- 5050
- Kameracamera
- 5252
- Auflagevorrichtung support device
- 6060
- Spannschlittenclamping slide
- 7474
- Kabelverbindungcable connection
- 7676
- Energiezuführung energy supply
- AA
- Konturcontour
- BB
- Verschieberichtungshift direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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- DE 7114487 U [0005]DE 7114487 U [0005]
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