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Die
Erfindung betrifft ein Werkstückausricht- und
-haltesystem, bestehend aus einem oder mehreren Werkstückausrichter(n)
und -halter(n), zum Ausrichten und Halten von Werkstücken aus
Metall, insbesondere von Blechteilen, die von der Sollkontur innerhalb
der Toleranz an den Spannpunkten abweichen, zur Bearbeitung auf
Werkzeugmaschinen.
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Spannvorrichtungen
zum Aufspannen von Werkstücken
mit einer Spannplatte, auf deren Spannfläche die Werkstücke mittels
Vakuum oder magnetischer Kräfte
festgespannt sind, zur Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen sind bereits
bekannt.
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Die
Bearbeitung von Werkstücken
mit einem Werkzeug auf einer Werkzeugbearbeitungsmaschine erfordert
es, das Werkstück
fest zu spannen, damit es beim Bearbeiten nicht verrutscht. Hierfür kommen
neben Magnet- zunehmend Vakuumspanneinrichtungen zum Einsatz, mittels
welchen das Werkstück
durch Ansaugen festgespannt wird.
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Dabei
sind die Spanneinrichtung bzw. deren Vakuumansaugelemente bevorzugt
mit einer zentralen Unterdruckquelle verbunden, die den erforderlichen
Unterdruck erzeugt. Dieser wird über
Ventil- und/oder Verteilerelemente an das Werkstück weitergegeben. Hierdurch
ist eine sichere Fixierung des Werkstücks möglich. Solche Spanneinrichtungen können tisch- oder konsolenartig
ausgebildet sein und einen Teil der Werkzeugbearbeitungsmaschine selbst
bilden, das heißt,
deren Arbeitstisch oder Arbeitskonsolen werden von einer solchen
Vorrichtung selbst gebildet. Alternativ ist es auch möglich, derartige
Vorrichtungen als separate Zubauteile auszugestalten, die auf einem
bereits vorhandenen Arbeitstisch oder einer vorhandenen Arbeitskonsole
einer Werkzeugbearbeitungsmaschine aufgesetzt werden. Die Halterung
dieser Vorrichtungen kann ebenfalls mittels Unterdrucks und/oder
magnetisch erfolgen, wozu die Unterseite derselben entsprechend
ausgebildet ist.
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Die
Mehrzahl der bekannten Vorrichtungen, wie z.B. das in
DE 197 46 497 C2 beschriebene
Vakuum-Spannsystem, sind ausschließlich zum Halten von Werkstücken mit
einer ebenflächigen,
zweidimensionalen Anlagefläche
für das
Vakuumansaugelement ausgebildet.
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Gleiches
gilt für
die in
DE 38 27 749
C2 vorgestellte Aufspannvorrichtung mit einem plattenförmigen Aufspannkörper zum
lösbaren
Festlegen von Werkstücken,
der eine im wesentlichen ebene Aufspannfläche und mehrere Befestigungsvertiefungen aufweist,
in denen mechanische, pneumatische, magnetische oder Klebe-Aufspanneinrichtungen
für Gegenstände lösbar festlegbar
sind, wobei im Inneren des Aufspannkörpers, in der Nähe der Befestigungsvertiefungen,
zur Führung
eines Druckmittels geeignete Strömungskanäle vorgesehen
sind, die mit einer Druckmittelquelle verbindbar sind.
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Die
Halterung unebener Werkstücke
ist mit solchen Vorrichtungen nicht möglich.
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An
einer sicheren Halterung derartiger unebener Werkstücke aus
Metall, insbesondere von Blechteilen bei deren Be- und Verarbeitung
mittels einer Werkzeugbearbeitungsmaschine beispielsweise im Flugzeug-
oder Automobilbau, wo häufig
gebogene, gegebenenfalls mehrschichtige Strukturen mit Schweiß- und Klebe-
und Nietverfahren zu verarbeiten sind, besteht aber ein gesteigertes
Interesse.
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Eine
Vorrichtung zur Lösung
dieses Problems ist in
DE
100 23 921 A1 beschrieben. Dabei ist vorgesehen, dass diese
Vorrichtung zum Halten eines flächigen
Gegenstands durch Ansaugen desselben, mit wenigstens einem Vakuumansaugelement, das
mit Unterdruck beaufschlagbar ist, der über einen Vakuumkanal an das
Werkstück
anlegbar ist, das Vakuumansaugelement ein den Gegenstand tragendes
Auflageelement und ein den Vakuumkanal zum Gegenstand hin abdichtendes
Dichtelement aufweist, die mittels wenigstens eines Bewegungsmittels
zum Anlegen an den Gegenstand bei gleichzeitiger Verlängerung
des Vakuumkanals ausfahrbar sind, wobei das Dichtelement flexibel
ist bzw. eine flexible Dichtfläche
aufweist und sich beim Anlegen an den Gegenstand der Form der Anlagefläche anpasst.
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Der
Nachteil dieser Lösung
ist die durch die evakuierbare Auflagefläche des Vakuumsaugelementes
beschränkte
Haftkraft. Diese könnte
durch eine größere Auslegung
des Saugelementes gesteigert werden, beeinflusst dabei aber die
Baugröße und die
Flexibilität
der Vorrichtung negativ, so dass diese Möglichkeit bei größer benötigten Haltekräften nicht
in Betracht kommt. Weiter ist bei Ausfall der Evakuierung oder bei
Leckage während
des Haltens keine Sicherung der Position des Werkstückes gegeben.
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Eine
insbesondere zum Fixieren von Karosseriebauteilen vorgesehene Vorrichtung
mit einer auf die Kontur des Karosseriebauteiles abgestimmten Aufnahme,
gegen deren Anlagefläche
das Karosseriebauteil mittels eines Unterdruckes anlegbar ist, wird
in
DE 101 27 122 A1 vorgestellt.
Die Vorrichtung weist hierzu einen wahlweise an der Aufnahme fixierbaren
Formkörper,
der mit einer der Anlagefläche
angepassten ersten Seite und einer der Kontur eines weiteren Karosseriebauteiles
angepassten, der Aufnahme abgewandten zweiten Seite ausgestattet
ist.
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Nachteilig
bei den letztgenannten Lösungen für die sichere
Halterung unebener Werkstücke
ist jedoch die relativ niedrige Spannkraft, die insbesondere bei
mechanischer Bearbeitung nur niedrige Vorschubgeschwindigkeiten
sowie eine kleine Zustellung erlaubt. Die Beseitigung dieser Nachteile
mit den Mitteln der vorgeschlagenen Lösungen ist nur mit einem entsprechend
hohen Aufwand, d.h. dem Einsatz einer Vielzahl von Vakuumsaugelementen erreichbar,
wobei durch Größe und Form
der Werkstücke
die Zahl der Möglichkeiten
begrenzt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, bekannte Spannvorrichtungen
derart weiterzubilden, dass auch Werkstücke aus Metall, insbesondere
Blechteile, die von der Sollkontur innerhalb der Toleranz an den
Spannpunkten abweichen, bei niedriger Rüstzeit und niedrigem Aufwand
sicher und mit hoher Haftkraft aufgespannt werden können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Werkstückausricht- und -haltesystem
der eingangs genannten Art, bestehend aus einem oder mehreren Werkstückausrichter(n)
und -halter(n) erfindungsgemäß vorgesehen,
dass ein magnetisch wirkendes Spannsystem mit einem Vakuumspannsystem
derart kombiniert ist, dass an einem Magnetgehäuse eine über eine Wechselpolplatte hinausragende
und diese umschließende
flexible Dichtmanschette angeordnet ist, wobei ein durch das Magnetgehäuse und
die Wechselpolplatte geführter
Kanal in dem von der Dichtmanschette über der Wechselpolplatte umschlossenen
Raum endet.
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Mit
einem derartigen Werkstückausricht-
und -haltesystem können
bei niedriger Rüstzeit
und niedrigem Aufwand Werkstücke
aus Metall, insbesondere Blechteile, die von der Sollkontur innerhalb
der Toleranz an den Spannpunkten abweichen, sicher und mit hoher
Haftkraft magnetisch oder in Kombination magnetisch und mittels
Vakuum in einer bestimmbaren Position der Spannauflage des Magneten
aufgespannt werden.
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Zur
Optimierung der magnetischen Spannkraft kann die Wechselpolplatte,
welche mit einer der zu spannenden Fläche des Werkstückes entsprechend
ausgebildeten Poloberfläche
versehen ist, lösbar
auf dem Magnetgehäuse
befestigt sein.
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Um
zu verhindern, dass bei Evakuierung des von der Dichtmanschette über der
Wechselpolplatte umschlossenen Raumes die Dichtmanschette seitlich
einfällt,
ist diese mit stabilisierenden Einlagen zwischen den Falten versehen.
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Um
die Anpassung an die Anlagefläche
des Werkstückes
zu verbessern, kann die Dichtmanschette mit einer flexiblen Dichtfläche versehen
sein.
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Vorteilhaft
ist die manuelle oder mit Hilfe eines geeigneten Bewegungsmittels
beliebig innerhalb des Spannbereiches positionierbare Ausbildung
des erfindungsgemäßen Werkstückausricht-
und -haltesystems zur Anpassung an die Werkstückgeometrie.
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Nachfolgend
soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 – die Ansicht
des Werkstückausricht- und
-haltesystems
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2 – die Ansicht
des Werkstückausricht- und
-haltesystems mit aufgespanntem Werkstück
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3 – einen
Längsschnitt
durch das Werkstückausricht-
und -haltesystem mit Werkstück
vor dem Evakuieren
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4 – einen
Längsschnitt
durch das Werkstückausricht-
und -haltesystem mit magnetgespanntem Werkstück nach dem Evakuieren
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Wie
in 1 dargestellt, ist an dem Magnetgehäuse 3 des
Werkstückausricht- und -haltesystems
eine über
die Wechselpolplatte 2 hinausragende und diese umschließende flexible
Dichtmanschette 1 angeordnet, wobei ein durch das Magnetgehäuse 3 und
die Wechselpolplatte 2 geführter Kanal 7 in dem
von der Dichtmanschette 1 über der Wechselpolplatte 2 umschlossenen
Raum endet.
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Die
Dichtmanschette 1 weist stabilisierende Einlagen zwischen
ihren Falten auf, um beim Evakuieren des Innenraumes ein seitliches
Einfallen der Dichtmanschette 1 zu verhindern.
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Die
Wechselpolplatte 2 weist eine mit der zu spannenden Fläche des
Werkstückes 6 entsprechend
ausgebildete Poloberfläche
auf, um eine optimale magnetische Spannkraft zu erhalten.
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In
dem Magnetgehäuse 3 befindet
sich ein Elektromagnet.
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Der
Kanal 7 dient sowohl dem Evakuieren des von der Dichtmanschette 1 umschlossenen
Raumes als auch zum Lösen
des Werkstückes 6 durch Einleitung
von Druckluft in diesen Raum.
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Befestigt
ist das Werkstückausricht-
und -haltesystem mit einem verstellbaren Gelenkstück 4 an
einer Haltestange 5.
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Zunächst wird
das Werkstück 6 im
Erfassungsbereich der Dichtmanschette 1, der von der Höhe der Dichtmanschette 1 und
der zu spannenden Kontur des Werkstücks 6 abhängig ist,
positioniert.
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Nach
dem Anlegen des Werkstückes 6 an der
am Magnetgehäuse 3 angebrachten
flexiblen Dichtmanschette 1, wie aus 3 ersichtlich,
wird der abgedichtete Raum zwischen Wechselpolplatte 2 und
dem Werkstück 6 über den
Kanal 7 evakuiert. Dabei wird ein Unterdruck im abgedichteten
Raum der Dichtmanschette 1 erzeugt, so dass auf die abgedichtete
Fläche
zum Werkstück 6 eine
durch denn Umgebungsdruck hervorgerufene Kraft wirkt, die das Werkstück, wie
in den 2 und 4 dargestellt, zur Wechselpolplatte 2 drückt, da
die Dichtmanschette 1 auf Grund ihrer Gestaltung und infolge
der Druckdifferenz ihre Höhe ändert.
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Das
Anschalten des sich im Magnetgehäuse 3 befindenden
Elektromagneten erfolgt in der Zeitspanne zwischen Auflegen des
Werkstückes 6 auf die
Dichtmanschette 1 und dem Auftreffen des Werkstückes 6 auf
der Poloberfläche
der Wechselpolplatte 2, wobei die durch den Magneten erzeugte
Kraft unterstützend
zum Vakuum wirkt, je näher
sich das Werkstück 6 an
der Poloberfläche
der Wechselpolplatte 2 befindet.
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Wird
die Spannung des Werkstückes 6 nicht mehr
gewünscht,
erfolgt das Lösen
durch Abschalten des Magneten.
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Die
Ausführung
des Magneten kann sowohl als Elektromagnet, wie vorstehend beschrieben,
aber auch als Elektropermanentmagnet oder als Permanentmagnet erfolgen.
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Bei
Einsatz eines Permanentmagneten wird das Lösen des Werkstückes 6 von
der Wechselpolplatte 2 durch Einleiten von Druckluft in
den Kanal 7 erreicht.
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Je
nach Gestaltung des Werkstückes 6 kann das
erfindungsgemäße Werkstückausricht-
und -haltesystem in Verbindung mit geeigneten Spannplatten oder
-tischen verwendet werden, auf denen es manuell oder mittels geeigneter
Bewegungsmittel entsprechend der Werkstückgeometrie positioniert werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Werkstückausricht- und
-haltesystem ist besonders geeignet, um Werkstücke nur von einer Seite zu
spannen. Ebenso möglich
ist es aber auch, mehrere Lagen Blech gleichzeitig zu spannen.