DE10209783A1

DE10209783A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. von Teilen

Info

Publication number: DE10209783A1
Application number: DE2002109783
Authority: DE
Inventors: Michael Haag
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen, Fixieren, Greifen o. dgl. von kleinen Teilen, insbesondere von Teilen im Mikrobereich. DOLLAR A Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das Teil mit einer rheologischen Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, die bei Beaufschlagen mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld ihre Viskosität stark erhöht oder erstarrt, und dass zum Spannen, Fixieren, Greifen o. dgl. der Teile die Flüssigkeit mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. von vorzugsweise kleinen Teilen, insbesondere von Teilen im Mikrobereich. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. von kleinen Teilen ist problematisch. Teile im Mikrobereich, wie sie beispielsweise in der Uhrenindustrie, der Medizintechnik, der Ventiltechnik, der Mikroelektronik und dergleichen vorkommen, weisen häufig nur eine oder auch keine Aufspannfläche zum sicheren Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. der Teile auf. Ein Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. im herkömmlichen Sinne mit zwei oder mehr aufeinander zu bewegbaren Spannbacken ist deshalb nur schwer möglich. Ferner ist die Einstellung der Spannkraft problematisch, da bei zu hohen Spannkräften mit einer Beschädigung des zu spannenden, zu fixierenden oder zu greifenden Teils zu rechnen ist.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, kleine Werkstücke zum Vermessen oder zum Bearbeiten mit Hilfe eines Gels oder Fluids an einer Spannplatte festzufrieren. Ein Festfrieren hat allerdings den Nachteil, dass mit geringen Temperaturen gearbeitet wird, bei denen die zu bearbeitenden Teile ihre Abmessungen verändern bzw. schrumpfen. Ein hochgenaues und exaktes Bearbeiten oder Vermessen derartig fixierter Teile ist nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit welchen kleine Teile, insbesondere Teile im Mikrobereich, gespannt, fixiert, gegriffen od. dgl. werden können, ohne dass die Teile beschädigt werden oder ihre Abmessungen ändern.

Dies wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem das zu bearbeitende oder zu vermessende Teil mit einer rheologischen Flüssigkeit bzw. mit einem rheologischen Fluid in Kontakt gebracht wird, die bei Beaufschlagen mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld ihre Viskosität stark erhöht oder erstarrt, und dass zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. der Teile die Flüssigkeit mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt wird. Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass ein sicheres Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. der Teile möglich ist, ohne dass zum einen die Teile beschädigt werden und zum anderen die Teile ihre Temperatur wesentlich ändern. Flüssigkeiten oder Fluide, die beim Anlegen einer Spannung oder eines elektromagnetischen Feldes ihre Viskosität stark verändern bzw. erstarren, sind aus der Rheologie bekannt und werden auch als elektrorheolgische Flüssigkeiten oder Fluide bezeichnet. Nicht bekannt ist, dass diese Flüssigkeiten oder Fluide zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. von Teilen z. B. im Mikrobereich verwendet werden.

Ein vorteilhaftes Verfahren ergibt sich dann, wenn das Teil wenigstens abschnittsweise in die Flüssigkeit getaucht wird. Der von der Flüssigkeit umgebene Bereich wird dann beim Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. erstarrt, so dass das Teil sicher gehalten wird.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Teil wenigstens abschnittsweise von einem Flüssigkeitsfilm umgeben ist bzw. abschnittsweise berührt wird. Bei kleinen Teilen bzw. bei Verwendung von entsprechenden rheologischen Flüssigkeiten kann ein relativ dünner Flüssigkeitsfilm zum ausreichenden Halten des entsprechenden Teils genügen.

Vorteilhafterweise erfolgt die Strom- und/oder Feldeinleitung in die Flüssigkeit radial und/oder axial. Zur radialen Einleitung kann eine Ringelektrode vorgesehen werden. Zur axialen Einleitung findet vorteilhafterweise eine Stiftelektrode Verwendung.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, wobei die Vorrichtung ein Behältnis zur Aufnahme der Flüssigkeit vorsieht und einen Strom- und/oder Felderzeuger zur Beaufschlagung der Flüssigkeit bzw. des Behältnisses mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld umfasst.

Das Behältnis kann hierbei vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass der Abstand vom Teil zu den Seitenwänden des Behältnisses zwischen 0,5 und 5 mm beträgt und insbesondere 2 mm beträgt. Das Behältnis kann hierbei je nach Art des zu spannenden, zu fixierenden oder zu greifenden Teils verschiedenartig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann ein Behältnis Verwendung finden, das in seiner Größe bzw. in seinem Durchmesser an das zu spannende, fixierende oder greifende Teil angepasst werden kann.

Denkbar ist auch das Heranführen der Flüssigkeit mittels einer Leitung oder eines Röhrchens, so dass nur eine partielle Berührung des Werkstücks bzw. des Teils erfolgt.

Günstig ist, wenn der Abstand vom Teil zu den Seitenwänden des Behältnisses in radialen Richtungen weitgehend konstant ist. Dadurch wird ein symmetrisches Halten des Teils ermöglicht; in verschiedene Richtungen auf das Teil wirkende Kräfte werden von der erstarrten Flüssigkeit gleichmäßig aufgenommen.

Als Strom- bzw. Felderzeuger kann eine das Behältnis umgebende oder an das Behältnis angrenzende Ring- und/oder Stiftelektrode Verwendung finden.

Das Behältnis ist vorteilhafterweise als Dreh- und/oder Schwenkfinger ausgebildet bzw. ist an einem Dreh- und/oder Schwenkfinger angeordnet, so dass es im Raum bewegt werden kann. Der Dreh- und/oder Schwenkfinger kann dabei Teil eines Handhabungsgeräts, beispielsweise eines Roboters, sein. Vorteilhafterweise wird der Strom- bzw. Felderzeuger ebenfalls mitbewegt, so das ein gespanntes, fixiertes oder gegriffenes Teil eines Mess- oder Bearbeitungseinrichtung zugeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst bei einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung einen Tast- und/oder Bearbeitungskopf, der zur Vermessung und/oder Bearbeitung des Teils dient.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.

In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von schräg oben; und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Behältnis der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Spannen von kleinen Teilen dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist ein Behältnis in Form einer nach oben hin offenen Schale 12 auf, in der eine rheologische Flüssigkeit 14 vorhanden ist. Ferner ist ein zu spannendes Teil 16 dargestellt, das abschnittsweise in die Flüssigkeit 14 getaucht ist.
Die rheologische Flüssigkeit 14 zeichnet sich dadurch aus, dass sie in einem entsprechend starken elektromagnetischen Feld erstarrt.
Zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ist ein Felderzeuger 18 vorgesehen, der eine um einen Weicheisenkern 20 gewickelte, mit Strom beaufschlagbare Spule 22 umfasst. Der Kern 20 weist zwei freie Enden 24 und 26 auf, die einander zugewandt sind. Zwischen den beiden freien Enden 24 und 26 ist die Schale 12 angeordnet.
Wird die Spule 22 mit Strom beaufschlagt, so wird das hierdurch entstehende Magnetfeld durch den Eisenkern 20 in die Flüssigkeit 14 umgelenkt. Bei Erreichen einer gewissen Feldstärke erstarrt die Flüssigkeit und das Teil 16 wird in der Flüssigkeit fixiert. Ein derart gespanntes Teil 16 kann bearbeitet oder vermessen werden.
Die Schale 12 sowie der Felderzeuger 18 sind an dem freien Ende eines Schwenkfingers 28 angeordnet, der um die Achse 30 verschwenkt werden kann. In der in der Fig. 1 dargestellten Position, bei der der Schwenkfinger 28 eine vertikale Position einnimmt, kann das zu vermessende oder zu bearbeitende Teil 16 in die Schale 12 bzw. in die Flüssigkeit 14 gegeben werden. Nach dem erfindungsgemäßen Spannen des Teils 16 in der Flüssigkeit kann das Teil 16 samt Flüssigkeit 14, Schale 12 und Felderzeuger 18 in die Mess- oder Bearbeitungsposition um die Achse 30 verschwenkt werden. Nachdem das Teil 16 vermessen bzw. bearbeitet wurde, kann es zurück in die vertikale Ausgangsposition verschwenkt werden. Nach Wegnehmen der Spannung in der Spule 12 verflüssigt sich die Flüssigkeit 14 aufgrund des wegfallenden Magnetfeldes, und das Teil 16 kann aus der Schale 12 entnommen werden.
Aus Fig. 2 wird deutlich, dass das Teil 16 ca. zur Hälfte in die Flüssigkeit 14 getaucht ist. Vorteilhafterweise befindet sich das Teil 16 im Bereich der Längsachse 32 der Schale 12. Zwischen dem Teil 16 und den Seitenwänden des Behältnisses 12 ist ein Abstand d vorgesehen. Der Abstand d beträgt vorteilhafterweise einen Wert zwischen 0,5 mm und 5 mm.
Insbesondere ein Wert im Bereich von 2 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. von Teilen (16), insbesondere von Teilen im Mikrobereich, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (16) mit einer rheologischen Flüssigkeit (14) bzw. einem rheologischen Fluid in Kontakt gebracht wird, die bei Beaufschlagen mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld ihre Viskosität stark erhöht oder erstarrt, und dass zum Spannen, Fixieren, Greifen od. dgl. der Teile die Flüssigkeit (14) mit einer elektrischen Spannung und/oder mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (16) wenigstens abschnittsweise in die Flüssigkeit (14) getaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (16) wenigstens abschnittsweise von einem Flüssigkeitsfilm umgeben ist bzw. abschnittsweise berührt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen der Flüssigkeit mittels einer Leitung oder eines Röhrchens, so dass wenigstens eine partielle Berührung des Werkstücks erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Feldeinleitung in die Flüssigkeit radial und/oder axial erfolgt.

6. Vorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behältnis (12) zur Aufnahme der Flüssigkeit (14) vorgesehen ist und dass ein Strom- und/oder Felderzeuger (18) zur Beaufschlagung der Flüssigkeit (14) bzw. des Behältnisses (12) mit einer elektrischen Spannung und/oder einem elektromagnetischen Feld vorgesehen ist.

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) vom Teil (16) zu den Seitenwänden des Behältnisses (12) ca. 0,5 bis 5 mm, und insbesondere ca. 2 mm, beträgt.

8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) vom Teil (16) zu den Seitenwänden des Behältnisses (12) in radialen Richtungen weitgehend konstant ist.

9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom- bzw. der Felderzeuger (18) als Ring- und/oder eine Stiftelektrode ausgebildet ist.

10. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (12) an einem Dreh- und/oder Schwenkfinger (28) angeordnet ist.

11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tast- und/oder Bearbeitungskopf vorgesehen ist, der zur Vermessung und/oder Bearbeitung des Teils dient.