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Werkstückeinspannvorriohtung an Werkzeugmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Werkstückeinspannvorrichtung an Werkzeugmaschinen, z.B. Fräsmasohinen.
Wenn gegossene Werkstücke zur ersten Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen heranstehen,
soll die erste Bearbeitungsfläche in der Regel ao genau hergestellt werden, daß
sie für die weitere Bearbeitung als3ezugsfläche dienen kann.
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Das setzt voraus, daß das Werkstück sehr exakt in der Maschine einspannbar
ist. Derartige Spannvorrichtungen oder Futter müssen für jede Werkstückform speziell
konstruiert und angefertigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkstückhalterung
zu schaffen, die praktisch universell anwendbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung
besteht darin, daß die Werkstüokeinspannvorrichtung nach Art einer Magnetpulverkupplung
ausgebildet ist, wobei das Werkstück bei der Bearbeitung wenigstens teilweise mit
den gerade nicht zu bearbeitenden Flächen in dem Magnetpulver eingebettet ist.
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Bei Magnetpulferkupplungen und -bremsen (vgi.z.B. Deutsche Patentschriften
1.005.328 und 1.067.645) wird in der Regel ein Arbeitsspalt wischen einem zylindrischen
Läufer und einem den Läufer umgebenden hohlzylindrischen Gehäuse durch Einschalten
eines Magnetfeldes mit Eisenpulver oder Eisenkörnern gefüllt, wobei.die Eisenteilchen
im Magnetfeld fest aneinander und an den Wänden des Spaltes haften. Das diesen Kupplungen
und Bremsen zu Grunde liegende physikalische Prinzip wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt,
ein beliebig geformtes Werkstück mit der vorgesehenen Unterlage auf einer Werkzeugmaschine
etarr zu verbinden.
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VoraugateAo ist die grfindunaagemäße Wsrkstückeinspannvorrichtung
so ausgebildet, daß ein mit der Werketückunterlage der haschin starr
kuppelbare
Gefäß und mittel zum erzeugen eines das Innere des Gefäßes durchflutenden Aiagnetfeldes
vorgesehen sind. Dabei sind in das Gefäß feiromagnetische Teilchen eingefüllt, welche
klein ge enüber dem Werkstück sind. Sie dienen zum wenigstens teilweisen Einbetten
der gerade nicht zu bearbeitenden Flächen des Werkstückes, derart, daß das werkstück
bei erregtem llagnetfeld durch Magnetkräfte in den ferromagnetischen Teilchen starr
gegen ber dem defäß gehalten ist.
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Das Gefäß und das Mittel zum Erzeugen des das Gefäß durchflutenden
Magnetfeldes können in sehr unternchiedlicher Weise Lusgebildet sein.
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Das Magnetfeld kann beisrielsweise mit einem oder mehreren Elektromagneten
erzeugt sein. Je nach den inforderungen (Kraftwirkung auf das Werkstück, Raumform
usw.) können ein oder mehrere Elektromagnete unter aen Gefäßboden bzw. das Werkstück
gesetzt sein und/oder mehrere Elektromagnete mit abwechselnder Polarität um die
Gefäßwand herum verteilt sein, derart, daß die Magnetpole auf das werkstück zugewendet
sind und sich bei Verwendung von z.B. vier Polen ablrechaelnder Polarität im Bereich
des Werkstücks ein im wesentlichen sternförmiges Magnetfeld ausbildet. Die letztere
Magnetfeldkonfiguration ist besonders geeignet, das V(erkstück gegen Verdrehungen
zu sichern, während das Werkstück durch die Wirkung des Hagnetfeldes des unter den
Gefäßboden gesetzten Magneten an den Gefäßboden gezogen wird.
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Unter dem Gefäßboden" heißt dabei in der Regels gegenüber der zu bearbeitenden
Fläche des Clerkstücks.
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Zum Erzeugen des Magnetfeldes kann vorteilhaft auch ein (elektromagnetischer)
Topfmagnet verwendet werden, dessen oberer Rand (topfrand) die eine Polarität und
dessen Boden die andere Polarität aufweist0 Das Werkatück wird in diesem Falle -
eingebettet in Magnetpulver -in den Topf gesetzt. Dieses Mittel zum Erzeugen des
Magnetfeldes ist besonders günstig, da einerseits wegen des über die Eisenteilchenfüllung
des Gefäßes und evt. das Werkstück geschlossenen Magnetkreises andere Maschinenteile
nicht wesentlich magnetisiert erden und da andererseits das das Gefäß durchflutende
Magnetfeld praktisch gleich große Komponenten in allen drei Dimensionen aufweist.
Der Gefäßinhalt und damit das Werkstück sind dann sowohl gegen Verdrehungen geschützt
als auch gegen den Gefäßboden gepreßt. Der Topfmagnet kann
selbst
das Gefäß sein. Bs ist jedoch auch günstig, ein besonderes Gefäß zu verwenden (sweckmäßig
mit nichtmagnetischen Wänden), da dann für jede Arbeitsstelle der Maschine nur ein
Topfmagnet benötigt wird, in den das vorbereitete Gefäß zusammen mit dem Werkstück
eingesetzt werden kann.
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Zum Erzeugen des Magnetfeldes können erfindungsgemäß eine oder mehrere
um die Gefäßwand bzw. das Werkstiick gelegte Magnetspulen benutzt werden. Es ist
dabei zweckmäßig, ein Gefäß aus nichtmagneti scilem l.sterial zu versenden, wenn
die das Magnetfeld erzeugenden Mittel außerhalb des C:efäßes angeordnet sind. In
diesem Falle soll das @efäß nichtmagnetisch sein, damit ds Magnetfeld nicht in der
Gefäßwand sondern im Innern des Gefänes konzentriert wird. Es ist such gunstig,
die Gefäßwand selbst als Lla6netspule auszubilden. Man erhält dadurch die Möglichkeit,
dem Gefäßand-Querschnitt entsprechend große Ströme zur Erzeugung des magnetfeldes
zu verwenden. Außerdem hat man dann keine Schwierigkeit bei der Befestigung der
Spule, die sonst sehr sorgfältig mit dem Gefäß oder dessen Unterlage verbunden sein
muß, da die Spule über ihr Magnetfeld das Werkstück und £11e auf dieses wirkenden
Kräfte auffangen muß.
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Vorzugaweise kann die Magnstspule auf die Innenwand des Gofä@ec isoliert
aufgesetzt sein, derart, daß die Gefäßwand die äußere Armierung der Spule bildet.
Wenn ferromagnetische Werkstücke bearbeitet werden sollen, so ist es ginstig, diese
nicht in das homogene Mag netfeld (einer geraden SFule),sondern vor das eine Ende
der S ule so zu setzen, daß sich der Schwerpunkt des Werkstickes etwa im Bereich
der größten Kraftwirkung zwischen dem im Magnetfeld ljolarisierten Werkstück und
der Magnetspule befindet. Dieser Bereich liegt bei einer geraden Spule etwa zwischen
dem Spulenende und einem halben Windungsdurchmesser Abstand vom Spulenende. Bei
der Anordnung des Werkstückes und der Spule soll beachtet werden, daß ein vom magnetfeld
herrührendes Drehmoment sich nicht störend bemerkbar nachen darf.
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Translatorische Magnetkräfte, die bei der erfindungsgemäßen Werkstücke
einspannvorrichtung wesentlich sind, wirken in um so größerem Maße auf die zum Einbetten
des Werkstücks vorgesehenen ferromagnetischen Teilchen (und besebenenfalls auf das
Werkstück selbst) je inhomosener das Magnetfeld ist. Diese Erkenntnis kann erfindungsgemäß
vorzugeweise dedurch angewendet werden, daß eine im Prinzip von unten nach oben
sich trichterförmig öffnende Magnetspule um das Gefäß gelegt wird, derart daß die
Magnetfeldkonfiguration etwa dem Fall eines Elektromagneten (mit dem Bereich der
Gefäßfüllung divergierenden Magnetfeldlinien) entspricht, der unter das Gefäß gesetzt
ist.
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Als ferromagnetische Teilchen werden vorzugsweise Eisenpulver, Eisenfeilspäne,
Eisenkugeln oder Eisenschnitzel verwendet. Es ist günstig, wenn diese ferromagnetischen
Teilchen in Öl, o.ä. aufgeschwemmt sind, damit d 5 Werkstück mit dieser klasse gleichmäßig
eingeschwemmt werden kann.
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Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen werden
weiters erfindungegemäße Einzelheiten erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung
mit an der Gefäßwand befindlichenMagnetspule, Fig.2 eine Vorrichtung mit Topfmagnet
und Fig.3 eine Vorrichtung mit vier um das Gefäß herum angeordneten Magnetpolen.
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In Fig. 1 ist ein bizarr geformtes Werkstück 1, das z.B. ein unbearbeitetes
Gußstück sein kann, indem Gefäß 2 in Eisenfeilspäne 3 eingebettet. Auf der Innenfläche
der rland 4 des Gefäßes 2 befindet sich eine Magnetspule, von der in der Zeichnung
der Querschnitt einer Windung 5 dargewtellt ist. Bei Erregung der Magnetspule werden
Eieenteile, die -sich außerhalb der Ebene 5 befinden, in diese Ebene hineingezogen.
Da die Kraft auf ferromagnetische Teile im homogenen Feld gleich Null ist, ist es
zweckmäßig, das Werkstück nicht in das homogene Feld zu setzen; sondern in den inhomogenen
Feldbereich der Spule. Es kommt im vorlieg.n den Fall insbesondere der Bereich bis
zu etwa einem halben windungsdurohmesser abstand vom Spulenende in Frage.s kann
auch zweckmäßig sein, die Magnetspule
an die Stelle 6 im Boden des
Gefäßes anzuordnen. Beim Einrichten der erfindungsemsßen Werkstückhalterung braucht
das Vlerkstück nur so abgestützt zu werden, beispielsweise mit einem Stempel 7;
daß es beim Einfüllen der Eisenfeilspäne nicht umkippen und später durch die Wirkung
des Magnetfeldes nicht gedreht werden kann.
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Zur Feineinstellung der erfindungsgemäßen Werkstückhalterung und damit
des Werkstückes kann das Gefäß 2 hier - ebenso wie in anderen Fällen - auf eine
ireipunkthalterung gesetzt werden, mit Hilfe derer die zu bearbeitende Fläche 11
in die gewünschte Lage gegenüber dem Werk.
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zeug 12, beispielsweise Fräswerkzeug, einstellbar ist.
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Fig. 2 zeigt den Fall der Verwendung eines (elektromagnetischen) Topfinagneten
20 Bis Teil der erfindungsgemäßen Werkstückeinspannvor richtung (im Querschnitt).
Im Ausführungsbeispiel ist das Werkstück (eingebettet in Eisenpulver 3) zusammen
mit dem Gefäß 2 auf den hier zum Teil vorhandenen Kern 21 des Topfinagneten gesetzt.
Die Windung 22 zum magnetischen Erregen kann um den Kern 21 gelegt sein, Die dem
Gefäßboden 24 zugewendete Oberseite des Kerns 21 bildet den einen Diagnetpol, während
der Topfrand 23 den anderen (ringfbrmigen) Hagnetpol darstellt. Da zumindest das
Eisenpulver 3 magnetisch leitend ist, kann der Magnetkreis des Topfmagneten als
im wesentlichen geschlossen angesehen werden, die Magnetfeldlinien 26 haben also
etwa den gezeichneten Verlauf. Um zu verhindern, daß das magnetfeld in der Gefäßwand
4 konzentriert wird, ist es zweckmäßig, die Gefäßwand aus nicht magnetisch leitendem
Material herzustellen. Der Gefäßboden 24 dagegen soll in der Regel magnetisch leitend
sein, um den Luftspalt im Siagnetkreis nicht unnötig groß zu machen.
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Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einspannvorrichw
tung mit einem z.B. rechteckigen Gefäß 30, bei dem auf jeder der vier Flächen ein
elektromagnetisch erregter Magnetpol vorgesehen ist. Die Pole 31 und 33 sind entgegengesetzt
zu den Polen 32 und 34 polarisiert, so daß sich etwa das gezeichnete Magnetfeldlinienbild
35 ergibt. Das Gefäß wird in diesem Falle zweckmäßig ganz aus nicht magnetisch leitendem
blaterial hergestellt,