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Die Erfindung betrifft eine Vakuumspannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, aufweisend einen Grundkörper mit einer Fußfläche und einer kopfseitig angeordneten Saugfläche, in welcher zumindest ein Saugkanal mündet.
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Vakuumspannvorrichtungen dienen vor allem in der Holz- und Kunststoffindustrie, aber auch bei anderen zu bearbeitenden Werkstoffen der schnellen und einfachen Bearbeitung und sind mit CNC-Bearbeitungsmaschinen bzw. Portalfräsmaschinen kompatibel. Vakuumspannvorrichtungen sind in der Regel derart ausgestaltet, dass zwischen einem Werkstück und einer Werkstückaufnahme, an welcher das Werkstück an der Vakuumspannrichtung anliegt, ein Unterdruck erzeugt werden kann, so dass das Werkstück angesaugt wird und dadurch fixierbar ist. Am gespannten Werkstück können anschließend unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, wie z. B. Fräsen, Bohren, Schleifen und/oder Gravieren angewendet werden. Man benutzt hier Vakuumtechnik um zum Beispiel eine zu handhabende Holzplatte zu fixieren und von allen Seiten zu bearbeiten. Dies steigert die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit, da durch die Fixierung keinerlei Beschädigungen am Werkstück entstehen. Bekannt sind dabei Vakuumtische, aber auch vorstehende Vakuumpads.
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Nachteilig bei den bekannten Vakuumtischen ist, dass nicht genutzte Vakuumflächen mittels Abdeckelementen, wie z. B. Folien abgedeckt werden müssen, um so zu gewährleisten, dass das Vakuum für das zu bearbeitende Werkstück anliegt. In der
EP 2 985 115 A2 beispielsweise ist ein Vakuumtisch offenbart, welcher an seiner Oberfläche mehrere Vakuumfelder aufweist. Der Vakuumtisch weist mehrere Nuten auf, in welche Dichtungen einführbar sind. So könnten Vakuumfelder individuell nach Größe und Form hergestellt werden, auf welchen die zu bearbeitenden Werkstücke fixierbar sind.
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Wird das Vakuum erzeugt, ist die Position des zu bearbeitenden Werkstücks unveränderbar, was hinsichtlich der auftretenden Bearbeitungskräfte auch zweckdienlich ist. Muss das Werkstück jedoch noch einmal feinjustiert werden oder nach erfolgter Bearbeitung entfernt werden, sind die anstehenden Kräfte so groß, dass ein Aufheben des Vakuums erforderlich ist, wobei die Vakuumpumpe zwingend auszuschalten ist, so dass das Vakuum in dem betreffenden Vakuumfeld aufgehoben wird. Dies ist dahin gehend nachteilig, als die zuvor durchgeführte mühevolle Ausrichtung des Werkstücks durch die Aufhebung des Vakuums verlorengehen kann, so dass die zeitaufwendige Ausrichtung erneut durchgeführt werden muss.
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Über eine Oberfläche der Werkstückauflage vorstehende Vakuumpads bieten den Vorteil, dass diese das zu bearbeitende Werkstück von der Oberfläche der Werkstückauflage so beabstanden, dass auch eine Durchbohrung des zu bearbeitenden Werkstücks möglich ist, ohne dass die Oberfläche der Werkstückauflage zerstört oder in Mitleidenschaft gezogen würde. Üblicherweise sind dabei mehrerer Vakuumpads mit einer Vakuumpumpe verbunden, so dass das Vakuum an allen Vakuumpads anliegt. Hier stellt sich ebenfalls das zuvor geschilderte Problem, dass eine erneute Justierung des zu bearbeitenden Werkstücks nur durch Aufhebung des anliegenden Vakuums möglich ist, indem die Vakuumpumpe deaktiviert wird. Durch die Beabstandung zur Werkstückauflage, stellt sich zudem das Problem, dass das zu bearbeitende Werkstück seine geradlinige, also ebene Ausgestaltung durch Einwirken der Bearbeitungsmaschine, und/oder durch die eigene Gewichtskraft verlieren kann. Dadurch kann das Werkstück sogar so verbogen werden, dass dieses nicht mehr nutzbar ist, entsorgt werden und durch ein anderes Werkstück ersetzt werden muss. Dies ist nicht nur hinsichtlich der begrenzten Materialressourcen unerwünscht, sondern auch bezüglich zusätzlich entstehender Kosten, auch bezüglich möglicher Weise erforderlicher Sonderentsorgung nachteilig.
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Insofern bieten Vakuumspannvorrichtungen noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vakuumspannvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche so einfach bedienbar und aufgebaut ist, dass anliegendes Vakuum unter Vermeidung besonderer Abdeckmaßnahmen aufrechterhalten werden kann, wobei zugleich eine jederzeitige Justierung oder Entfernung des zu bearbeitenden Werkstücks möglich sein soll, ohne dass die Vakuumpumpe deaktiviert werden muss.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vakuumspannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Mit der Erfindung wird eine Vakuumspannvorrichtung aufweisend einen Grundkörper mit einer Fußfläche und einer kopfseitig angeordneten Ansaugfläche, in welcher zumindest ein Saugkanal mündet, bereitgestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Saugkanal ein betätigbares Absperrelement aufweist, welches die Ansaugfläche zumindest abschnittsweise überragt.
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Mittels des in dem Saugkanal angeordneten Absperrelementes kann eine Saugströmung stets an der Vakuumspannvorrichtung anliegen, auch wenn die betreffende Vakuumspannvorrichtung das zu bearbeitenden Werkstück nicht fixiert. Eine von dem zu bearbeitenden Werkstück nicht überdeckte Vakuumspannvorrichtung muss nicht gesondert abgedeckt werden. Auch eine Verbindung zur Vakuumpumpe muss nicht unterbrochen werden. Die Vakuumpumpe kann stets aktiv geschaltet bleiben und muss auch nicht deaktiviert werden, wenn das zu bearbeitende oder das bearbeitete Werkstück verschoben oder abgehoben werden soll.
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Zielführend ist dabei, dass das Absperrelement einen Kraftspeicher und ein zumindest abschnittsweise sphärisch ausgeführtes Anlageelement aufweist. Der Kraftspeicher kann als Feder, bevorzugt als Schraubenfeder oder Kegelfeder ausgeführt sein. Natürlich sind auch andere Federarten denkbar. Das Anlageelement kann in bevorzugter Ausgestaltung als Kugel oder auch als Kugelabschnitt ausgeführt sein. Das Anlageelement steht mit dem Kraftspeicher so in Verbindung, dass dieses mit ihrer Kugeloberfläche, also mit ihrem sphärisch ausgeführten Abschnitt gegen eine korrespondierende Dichtfläche des Saugkanals gedrückt wird und den Saugkanal so zur Umgebung abdichtet. Die Federkraft ist dabei so bemessen, dass die Kugeloberfläche, also der sphärisch ausgeführte Abschnitt auch bei anliegender Saugkraft ihren Sitz zur korrespondierenden Dichtfläche des Saugkanals nicht aufgibt. Ist das Anlageelement als Kugel ausgeführt, ist diese mit einem Teil der Kugeloberfläche in dem Kraftspeicherauge aufgenommen bzw. gelagert. Ein anderer Teil der Kugeloberfläche ist gegen die Dichtfläche gedrückt, wobei die Kugel mit einem die Dichtfläche überstehenden Teilabschnitt die Ansaugfläche überragt. Die Kugel und der Kraftspeicher können zweigeteilt sein, wobei im montierten Zustand eine lagesichere Verbindung auch aufgrund der Federkraft ermöglicht ist. Zwar erscheint es zunächst bezüglich möglicher Montageschwierigkeiten nachteilig, den Kraftspeicher als separates Element zum Anlageelement vorzusehen. Jedoch ist quasi ein selbstzentrierendes Absperrelement geschaffen, welches wider Erwarten leicht montierbar ist. Dies auch hinsichtlich des an dem Absperrelement angepassten Saugkanals. Ist das Anlageelement als Kugelabschnitt ausgeführt, weist dieses eine ebene Grundfläche und die kreisförmige Wölbung auf. Mit der ebenen Grundfläche besteht Kontakt zum Kraftspeicher.
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Damit das Absperrelement in dem Saugkanal aufgenommen werden kann, ist es zweckmäßig im Sinne der Erfindung, wenn der Saugkanal eine Eingangsbohrung aufweist, die in einem bezogen auf die Eingangsbohrung erweiterten Kanalabschnitt mündet, welcher Kanalabschnitt in eine sich verjüngende Öffnung übergeht, die in der kopfseitigen Ansaugfläche mündet. In bevorzugter Ausgestaltung ist der betreffende Kanalabschnitt zylindrisch ausgeführt. Der zylindrisch ausgeführte Kanalabschnitt ist dabei vorteilhaft an die Dimension des Absperrelementes angepasst. Die sich verjüngende Öffnung des Kanalabschnitts weist die für das Anlageelement korrespondierende Dichtfläche auf.
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Zweckmäßig ist, wenn die Vakuumspannvorrichtung zumindest kopfseitig ein Dichtelement aufweist, welches die Ansaugfläche überragt und vollumfänglich begrenzt. Das Dichtelement kann ein elastisches Dichtelement, beispielsweise eine Moosgummidichtschnur sein. Das Dichtelement kann in einer entsprechend ausgeführten Dichtnut angeordnet sein, welche Dichtnut in der kopfseitigen Oberfläche der Vakuumspannvorrichtung eingebracht ist.
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Zielführend ist, wenn der Grundkörper zweiteilig ausgeführt ist und ein Fußelement sowie ein Kopfelement aufweist. Das Fußelement und das Kopfelement sind dabei mediumdicht miteinander verbindbar. Durch die zweiteilige Ausgestaltung ist es besonders einfach den Saugkanal mit seinen Kanalabschnitten in den jeweiligen Elementen einzubringen. Ein fußseitiger Abschnitt des Saugkanals ist als Senkbohrung in das Fußelement von der zum Kopfelement korrespondierenden Anlagefläche in Richtung zur Fußfläche eingebracht, wobei die Eingangsbohrung in der fußseitigen Senkbohrung mündet. Ein kopfseitiger Abschnitt des Saugkanals weist zwei Teilabschnitte auf und erstreckt sich von einer Anlagefläche des Kopfelementes zum Fußelement in Richtung zur kopfseitigen Saugfläche. Ein erster Teilabschnitt beginnt an besagter Anlagefläche und ist als Senkbohrung ausgeführt. Der erste Teilabschnitt geht in einen zweiten Teilabschnitt über, der als sich verjüngende Durchbohrung ausgeführt ist, wobei die Durchbohrung an der kopfseitigen Saugfläche mündet. Die sich verjüngende Durchbohrung ist kegelförmig ausgeführt, und kann an seiner Dichtfläche noch eine an die sphärische Ausgestaltung des Anlageelementes angepasste Wölbung aufweisen.
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In einem demontierten Zustand sind die beiden Elemente voneinander getrennt. Das Absperrelement wird mit seinem Kraftspeicher in die fußseitige Senkbohrung eingesetzt. Das Anlageelement des Absperrelementes kann in die kopfseitige Senkbohrung gelegt werden. Indem die beiden korrespondierenden Anlageflächen der beiden Elemente gegeneinander gedrückt werden, können die beiden Elemente miteinander verbunden werden. Dazu können kraftformschlüssige Verbindungsarten vorgesehen werden, wobei sich hier Schraubverbindungen anbieten. Dabei wird eine Schraube von der Fußseite des Fußelementes dieses durchgreifend in das Kopfelement eingreifend eingeschraubt. Natürlich können dazu mehrere Schrauben vorgesehen sein, wobei bevorzugt vier Schrauben in Umfangsrichtung gesehen gleich verteilt vorgesehen sind. Die Schraubenlöcher können vorgebohrt werden. Durch die Verbindung der beiden Elemente ist die Vakuumspannvorrichtung gebildet. Die einander anliegenden Elemente sind mediumdicht. Das bedeutet, dass ein entweichen der Saugströmung entlang der Anlagefläche vermieden ist.
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Um ein Vorstehen der Schraubenköpfe an der Fußseite zu vermeiden, können entsprechende Absenkungen der Schraubenlöcher vorgenommen werden, so dass sichergestellt ist, dass die Schraubenköpfe die Fußseite des Fußelementes nicht überragen. Durch die Schraubverbindung sind die beiden Elemente wieder zerstörungsfrei voneinander trennbar. Dies erleichtert eine mögliche Wartung. Beispielsweise könnten insbesondere hinsichtlich der Federkraft unterschiedlich dimensionierte Kraftspeicher ausgewechselt werden, so dass bei höherer Saugkraft auch ein stärker dimensionierter Kraftspeicher einsetzbar ist, welcher den Dichtsitz auch bei höherer Saugkraft aufrechterhält. Denkbar ist auch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klebverbindung der beiden Elemente, wobei der Klebstoff günstiger Weise so aufgebracht wird, dass ein Eindringen in den Saugkanal, insbesondere in die Eingangsbohrung vermieden ist. Auch eine Kombination der beiden nicht beschränkt genannten Verbindungsarten ist denkbar.
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Die Eingangsbohrung kann seitlich in der Vakuumspannvorrichtung eingebracht sein, und in dem Saugkanal münden. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Eingangsbohrung sich von der Fußseite erstreckend, also von unten kommend in dem Saugkanal mündet. Bevorzugt ist dabei, wenn die Mittelachse der Eingangsbohrung deckungsgleich zur Mittelachse des Saugkanals ist. Natürlich kann die Mittelachse der Eingangsbohrung auch versetzt zur Mittelachse des Saugkanals sein.
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Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Vakuumspannvorrichtung fußseitig ein weiteres Dichtelement aufweist, welches die Fußfläche überragt und so eine fußseitige Saugfläche vollumfänglich begrenzt. Das Dichtelement kann ein elastisches Dichtelement, beispielsweise eine Moosgummidichtschnur sein. Das Dichtelement kann in einer entsprechend ausgeführten Dichtnut angeordnet sein, welche Dichtnut in der Fußfläche der Vakuumspannvorrichtung eingebracht ist.
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So ist vorteilhaft eine doppeltwirkende Vakuumspannvorrichtung gebildet, wenn in der von dem Dichtelement umfassten fußseitigen Saugfläche eine Verbindungsbohrung zum Saugkanal angeordnet ist. Die Verbindungsbohrung kann in idealer Ausgestaltung die von der Fußfläche ausgehende Eingangsbohrung sein. Ist die Eingangsbohrung seitlich zum Saugkanal geführt, ohne Kontakt zur Fußfläche zu haben, kann die Verbindungsbohrung zusätzlich vorgesehen werden. Durch Anlegen eines Vakuums, wird sich die Vakuumspannvorrichtung so fußseitig an der Werkstückauflage lagestabil für die vorgesehenen Bearbeitungsverfahren festsaugen. Wird ein Werkstück kopfseitig aufgelegt, kann dies feinjustiert werden, und durch Andrücken fixiert werden. Durch das Andrücken wird das Absperrelement, also das Anlageelement mit seiner Kugelfläche geringfügig von der dazu korrespondierenden Dichtfläche des Saugkanals abgedrückt, so dass innerhalb der von dem Dichtelement umfassten Saugfläche ein Vakuum erzeugt werden kann. Das Werkstück liegt dabei auf dem zusammengedrückten Dichtelement auf.
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Ist die besagte Vakuumspannvorrichtung über eine Vakuumpumpe mit einer anderen Vakuumspannvorrichtung verbunden, reicht ein herabdrücken der Absperrvorrichtung entgegen der Federkraft des Absperrelementes, so dass das System geöffnet wird. So kann das zu bearbeitenden Werkstück leicht von der betrefflichen Vakuumspannvorrichtung gelöst werden, da das Vakuum an dieser aufgehoben ist. Dazu kann die Vakuumpumpe aktiviert bleiben.
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Die erfindungsgemäße Vakuumspannvorrichtung in der Ausgestaltung als Vakuumpad ist besonders vorteilhaft an einer Werkstückauflage verwendbar. Eine dafür geeignete Werkstückauflage weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, in welcher jeweils ein Vakuumpad wie zuvor beschrieben ausgeführt aufgenommen sein kann. Jede Ausnehmung steht mit einer Vakuumpumpe in Verbindung, wobei somit auch jedes Vakuumpad mit der Vakuumpumpe verbunden ist. Da aber kein direkter physischer Kontakt zur Vakuumpumpe besteht, kann von einer indirekten Verbindung gesprochen werden, da das Vakuumpad einfach in die Ausnehmung eingelegt ist. Insofern kann die Werkstückauflage auch als Vakuumtisch mit einer Vielzahl von Vakuumpads bezeichnet werden, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück lagesicher durch die Vakuumpads gehalten ist. Das Vakuumpad ist durch das fußseitig wirkende Vakuum lagesicher positioniert. Ist ein zu bearbeitendes Werkstück positioniert, wird dieses einfach gegen die Vakuumpads gedrückt, so dass auch das kopfseitige Vakuum in Richtung zum Werkstück erzeugt wird. Das diesbezüglich doppeltwirkende Vakuumpad wurde bereits oben erwähnt. Durch betätigen des Absperrelementes eines der von dem zu bearbeitenden Werkstück nicht überdeckten Vakuumpads wird das Vakuum zumindest in Richtung zum Werkstück aufgehoben. Das Werkstück ist so bezüglich des Vakuumpads frei positionierbar oder von diesen entfernbar, wobei die Vakuumpumpe aktiv verbleiben kann.
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Indem die Vakuumpads innerhalb der Ausnehmung aufgenommen sind, wird vorteilhaft vermieden, dass das Werkstück in Vertikalrichtung zur Werkstückauflage beabstandet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vakuumpads in Opferelementen angeordnet sind. Die Ausnehmungen in den Opferelementen sind so an die Vakuumpads angepasst, dass deren kopfseitige Saugfläche bündig mit der Oberfläche des Opferelementes ist. Das Dichtelement, aber auch das Absperrelement überragt also auch die Oberfläche des Opferelementes. Dabei ist der Überstand so minimal gewählt, dass durch ein Andrücken des zu bearbeitenden Werkstücks in Richtung zum Opferelement dieser Abstand verringert oder gar aufgehoben wird, so dass eine ebene Auflage des Werkstücks auf den Opferelementen bewirkt wirkt, ohne dass Verformungen aufgrund fehlenden Widerlagers zu befürchten sind. Das Opferelement hat also zunächst die Aufgabe eine ebene Widerlagefläche für das zu bearbeitende Werkstück bereitzustellen. Selbstverständlich kann das zu bearbeitende Werkstück zur Oberfläche des Opferelementes beabstandet sein, wobei der Abstand aber so minimal ist, dass schädliche Verformungen wie bei absolut fehlendem Widerlager vermieden sind. Eine weitere Aufgabe des Opferelementes ist in dessen möglicher Zerstörung während des Bearbeitungsprozesses zu sehen. Bei dem Bearbeiten des Werkstücks kann dieses durchaus durch- und/oder angebohrt und/oder angefräst werden. Das Opferelement ist von kostengünstiger Qualität, und zumeist aus MDF-Platten (mitteldichte Faserplatte). Zwar müsste das Opferelement ersetzt, und die darin angeordneten Ausnahmen erneut hergestellt werden. Jedoch überwiegt der Vorteil der quasi ebenen aber lagesicheren Auflage, was das Bearbeitungsergebnis deutlich verbessert.
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Zweckmäßig ist, wenn die Ausnehmungen Anschlusselemente zur Verbindung mit der Vakuumpumpe aufweisen. So kann die Vakuumspannvorrichtung, also das Vakuumpad mit ihrer in der Fußseite angeordneten Eingangsbohrung einfach in die Ausnehmung gebracht werden, ohne dass noch weitere Maßnahmen zur Verbindung der erfindungsgemäßen Vakuumspannvorrichtung mit der Vakuumpumpe erforderlich wären. Es reicht an jeder Ausnehmung einen Anschluss zur Vakuumpumpe vorzusehen. Aufgrund des fußseitig angeordneten Dichtelementes und der in dem Saugkanal mündenden Eingangsbohrung, saugt sich die Vakuumspannvorrichtung, also das Vakuumpad fußseitig an der Ausnehmung fest, wenn die Vakuumpumpe aktiviert ist.
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Um mit einfachen Mitteln zu erreichen, dass die Vakuumspannvorrichtungen, also die Vakuumpads in unterschiedlich hohen Opferelementen einsetzbar sind, wobei besagte Flächen quasi fluchten sollen, können Höhenausgleichelemente vorgesehen sein, welche in der Ausnehmung angeordnet sind. Die Höhenausgleichelemente bestehen zum einen aus einer bodenseitigen Vertiefung der Ausnehmung, welche mit einer Unterlegscheibe zusammenwirken kann. So können trotz unterschiedlich hoher Opferelemente quasi die gleichen Vakuumspannvorrichtungen eingesetzt werden, ohne dass eine Vielzahl unterschiedlicher Vakuumspannvorrichtungen vorgehalten werden müssten. Ist die Ausnehmung in ihrer Höhenerstreckung zu gering, so dass die Vakuumspannvorrichtung zu sehr die Oberfläche überragen würde, kann der Boden der Ausnehmung weiter vertieft werden. Ist die Höhenerstreckung zu groß, kann eine Unterlagescheibe zwischen der Fußseite des Vakuumpads und dem Boden der Ausnehmung gelegt werden, so dass die Bündigkeit erreichbar ist. Wird eine Unterlegscheibe eingelegt, ist es sinnvoll, wenn eine an den Durchmesser der Unterlegscheibe angepasste Vertiefung eingebracht wird, in welcher die Unterlagescheibe einfach lagesicher eingelegt werden kann. Die Unterlegscheibe überragt diese Vertiefung so dass die Bündigkeit der Oberfläche der Vakuumspannvorrichtung, also des Vakuumpads zum Opferelement erreichbar ist.
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Die Vakuumspannvorrichtungen können unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen haben. Beispielswese könne diese kreisrund, dreieckig oder viereckig sein, um einige nicht beschränkend wirkende Ausgestaltungen aufzuzeigen. Selbstverständlich sind die Ausnehmungen an die Ausgestaltung der Vakuumspannvorrichtungen bzw. Vakuumpads angepasst. Werden die Vakuumspannvorrichtungen in Ausnehmungen eingebracht, ist es sinnvoll an diesen umfangsseitig zumindest ein Handhabungselement anzuordnen. Beispielsweise könnten zwei einander gegenüberliegenden Ausschnitte in die umfängliche Wand der Vakuumspannvorrichtung eingebracht werden, an welchen Werkzeuge angreifen können, um die Vakuumspannvorrichtung aus der Ausnehmung in dem Opferelement zu entfernen. Dies ist sinnvoll, da die Vakuumspannvorrichtung ansonsten quasi an dem Innenumfang der Ausnehmung anliegt, wobei ein umfänglicher Spalt so gering bemessen ist, dass ein Entfernen nur schwer möglich ist. Die Ausschnitte erleichtern das Herausheben deutlich, wobei geeignete Werkzeuge einsetzbar sind.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Vakuumspannvorrichtung in einer Ausgestaltung als Vakuumpad in einer Draufsicht,
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2 die Vakuumspannvorrichtung aus 1 in einer Ansicht von unten,
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3 die Vakuumspannvorrichtung aus 1 in einer Explosionsdarstellung,
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4 einen Saugkanal als Einzelheit,
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5 ein Vakuumtisch in einer Aufsicht, und
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6 ein Ausschnitt aus dem Vakuumtisch aus 1 als Einzelheit.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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Die 1 und 2 zeigen eine Vakuumspannvorrichtung 1 in der Ausgestaltung als Vakuumpad 1.
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Die Vakuumspannvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der eine Fußfläche 3 und ein kopfseitig angeordnete Ansaugfläche 4 aufweist. In der Ansaugfläche 4 mündet zumindest ein Saugkanal 6 (4). Erfindungsgemäß weist der Saugkanal 6 ein betätigbares Absperrelement 7 auf, welches die Ansaugfläche 4 zumindest abschnittsweise überragt. Das Absperrelement 7 ist manuell betätigbar, worauf noch eingegangen wird. Das Absperrelement 7 kann aber auch einen ansteuerbaren Aktuator aufweisen, welcher mit einer Steuereinheit in Verbindung steht. Die Verbindung kann drahtlos oder drahtgebunden sein.
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Der Grundkörper 2 ist zweigeteilt und weist ein Fußelement 8 sowie ein Kopfelement 9 auf. Wie am besten der 3 zu entnehmen ist, weisen die beiden Elemente 8 und 9 einander korrespondierende Anlageflächen 11 und 12 auf, über welche die beiden Elemente 8 und 9 im montierten Zustand aneinander liegen.
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Zur Verbindung der beiden Elemente 8 und 9 sind Schrauben 13 vorgesehen. Diese werden von der Fußfläche 3 des Fußelementes 8 dieses durchgreifend in das Kopfelement 9 eingeschraubt. Im Vorfeld können entsprechende Schraubenbohrungen 14 in die beiden Elemente 8 und 9 eingebracht werden, in welche die Schrauben 13 einschraubbar sind. Mit ihrem Schraubenkopf 16 sind die Schrauben 13 in der Fußfläche 3 versenkt, so dass die Schrauben 14 die Fußfläche nicht überragen (2). Die Schraubenbohrungen 14 können kopfseitig bis zur Ansaugfläche 4 geführt sein, wie in 1 angedeutet. Die Schrauben 14 enden mit ihrem zum Schraubenkopf 16 gegenüberliegenden Ende jedoch vor der Ansaugfläche 4, so dass ein Überstehen der Schrauben über der Ansaugfläche 4 vermieden ist.
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Der Saugkanal 6 weist zwei Teilabschnitte 17 und 18 auf, wobei der erste Teilabschnitt als fußseitiger Saugkanalabschnitt 17 in dem Fußelement 8 angeordnet ist. Der zweite Teilabschnitt ist als kopfseitiger Saugkanalabschnitt 18 in dem Kopfelement 9 angeordnet. Der Saugkanal 6 ist mit seinen beiden Abschnitten 17 und 18 prinzipiell am besten in 4 erkennbar. Der fußseitige Saugkanalabschnitt 17 erstreckt sich von der fußseitigen Anlagefläche 11 in Richtung zur Fußfläche 3, endet aber kurz vor dieser. Eine Eingangsbohrung 19 ist durch die Fußfläche 3 in Richtung zum fußseitigen Saugkanalabschnitt 17 geführt und mündet in diesem. Die Mittelachsen der Eingangsbohrung 19 und des fußseitigen Saugkanalabschnitts 17 sind deckungsgleich. Der kopfseitige Saugkanalabschnitt 18 erstreckt sich von der Anlagefläche 12 des Kopfelementes 9 in Richtung zur Ansaugfläche 4 und mündet kurz vor dieser. Der kopfseitige Saugkanalabschnitt 18 geht in eine sich in Richtung zur Ansaugfläche 4 verjüngende Durchbohrung 21 über, die in der Ansaugfläche 4 mündet. Sie Saugkanalabschnitte 17 und 18 sind im Querschnitt gesehen zylindrisch ausgeführt. Die Eingangsbohrung 19 ist im Querschnitt gesehen schmaler als der fußseitige Saugkanalabschnitt 17, welcher im Querschnitt gesehen die gleiche Breite hat wie der kopfseitige Saugkanalabschnitt 18. Die Höherstreckung des Saugkanals 6, insbesondere der sich verjüngenden Durchbohrung 21 ist abhängig von der Ausgestaltung des Absperrelementes 7, insbesondere von der Ausgestaltung dessen Anlageelementes 23.
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Das Absperrelement 7 weist einen Kraftspeicher 22 und ein zumindest abschnittsweise sphärisch ausgeführtes Anlageelement 23 auf. Der Kraftspeicher 22 kann als Schraubenfeder oder als Kegelfeder ausgeführt sein. Das Anlageelement 23 kann wie beispielhaft in 3 erkennbar eine Kugel sein, oder als Kugelabschnitt ausgeführt sein.
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Das Anlageelement 23 steht mit einem Ende des Kraftspeichers 22 in Verbindung, bzw. liegt an diesem an. Mit dem anderen Ende ist der Kraftspeicher am Fuße des fußseitigen Saugkanalabschnitts 17 gelagert. Mittels des Kraftspeichers 22 wird das Anlageelement 23 mit seiner sphärischen Oberfläche gegen die Oberfläche der sich verjüngenden Durchbohrung 21 gedrückt, und ragt aus dieser heraus. Die Oberfläche der sich verjüngenden Durchbohrung 21 ist als zur sphärischen Ausgestaltung des Anlageelementes 22 korrespondierende Dichtfläche 24 ausgeführt. Allerdings durchgreift das Anlageelement 23 die Durchbohrung 21 mit seinem entsprechenden Kugelabschnitt, wobei das Absperrelement 7, also dessen Kugel die Ansaugfläche 4 überragt. In 4 ist das Anlageelement 23 beispielhaft als Kugel und gestrichelt in der Anlage an der Dichtfläche 24 dargestellt, wobei Dichtelemente nicht weiter dargestellt sind.
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Die Federkraft des Kraftspeichers 22 ist so gewählt, dass das Anlageelement 23 gegen die anstehende Saugkraft einer Vakuumpumpe in dichtendem Sitz mit der Dichtfläche 24 verbleibt. Erst durch leichten Druck auf den die Ansaugfläche 4 überstehenden Kugelabschnitt entgegen der Federkraft wird der Dichtsitz aufgelöst, so dass ein Vakuum erzeugt werden kann.
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Wie den 1 und 2 weiter entnommen werden kann, weisen sowohl das Fußelement 8 als auch das Kopfelement 9 Dichtelemente 26 und 27 auf. Die Dichtelemente 26 und 27 sind beispielhaft als elastische Moosgummidichtschnur ausgeführt und in Nuten eingelegt. Das kopfseitige Dichtelement 26 überragt die kopfseitige Oberfläche und begrenzt die Ansaugflächen 4. Das fußseitige Dichtelement 27 überragt die Fußfläche 3 und begrenzt so eine fußseitige Saugfläche 28.
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Somit ist quasi eine doppeltwirkende Vakuumspannvorrichtung 1 also ein doppelwirkendes Vakuumpad 1 gebildet, worauf noch eingegangen wird. Dabei kann ein Vakuum an der Ansaugfläche 4, und auch an der Fußfläche 3, also an der fußseitigen Saugfläche 28 erzeugt werden.
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Ein Anwendungsbeispiel für mehrere erfindungsgemäße Vakuumspannvorrichtungen 1, also für mehrere Vakuumpads 1 ist in 5 gezeigt. Die Vakuumspannvorrichtungen 1 sind an einer Werkstückauflage 29 so angeordnet, dass ein Vakuumtisch 31 gebildet ist.
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Die Werkstückauflage 29 weist Führungsschienen 32 auf, zwischen denen Opferelemente 33 angeordnet sind. In den Opferelementen 33 sind Ausnehmungen 34 eingebracht, in denen jeweils eine Vakuumspannvorrichtung 1 angeordnet ist. Wie der Einzelheit der 6 zu entnehmen ist, weist jede Ausnehmung 34 einen Anschluss 36 zur Verbindung mit einer Vakuumpumpe auf. Der Anschluss 36 mündet mittig in der Ausnehmung 34 von unten her kommend.
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Konzentrisch um den Anschluss 36 herum ist ein Höhenausgleichselement 37 vorgesehen, wobei hier beispielhaft eine Unterlegscheibe in einer umfänglich an die Unterlegscheibe angepassten Vertiefung angeordnet ist.
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Die Opferelemente 33 weisen eine Oberfläche auf, die höher ist als die Oberfläche der Führungsschienen 32. Die Vakuumspannvorrichtungen 1 sind mit Ihrer Ansaugfläche 4 bündig mit der Oberfläche der Opferelemente 33. Das kopfseitige Dichtelement 26, aber auch das Absperrelement 7 überragt also die Oberfläche der Opferelemente 33.
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In 5 sind beispielhaft zwanzig Vakuumspannvorrichtungen 1 in vier fünfer Reihen angeordnet. Ein zu bearbeitendes Werkstück 38 ist gestrichelt angedeutet. Dieses übergreift beispielsweise zwei der beispielsweisen zwanzig Vakuumspannvorrichtungen 1.
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Wird nun die Vakuumpumpe aktiviert, wird ein Vakuum an der Fußfläche 3 der Vakuumspannvorrichtungen 1, also der Vakuumpads 1 bzw. an der fußseitigen Saugfläche 28 erzeugt, so dass Vakuumpads 1 in den Ausnehmungen 34 lagesicher positioniert sind. Kopfseitig herrscht noch kein Vakuum, da die Absperrelemente 7 mit ihrem jeweiligen Anlageelement 23, also mit der Kugel an der Dichtfläche 24 abdichtend anliegen.
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Das beispielhafte Werkstück 38 kann feinjustiert, also auf den Opferelementen 33 hin- und hergeschoben werden. Ist das Werkstück 38 korrekt positioniert, wird dieses mit leichtem Druck gegen die betreffende Vakuumspannvorrichtung 1 gedrückt. Dabei verformen sich die elastischen Dichtelemente 24, wobei das Werkstück auf das jeweilige Absperrelement 7, also auf dessen überstehenden Kugelabschnitt gegen die Federkraft einwirkt. Dabei entfernt sich das jeweilige Anlageelement 23 von der jeweiligen Dichtfläche 24 der abgedeckten Vakuumspannvorrichtungen 1, so dass aufgrund der aktiven Vakuumpumpe ein Vakuum an der jeweiligen Ansaugfläche 4 erzeugt wird, womit das Werkstück 38 angesaugt und lagestabil gehalten ist. Die anderen nicht abgedeckten Vakuumspannvorrichtungen bedürfen keiner Abdeckung, da diese kopfseitig zur Umgebung hin aufgrund des Zusammenwirkens des Absperrelementes 7 (Kugel 23) mit der Dichtfläche 24 abgedichtet sind. Zugleich sind die nicht abgedeckten Vakuumspannvorrichtungen 1 in der jeweiligen Ausnehmung aufgrund des fußflächig wirkenden Vakuums lagesicher gehalten.
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Muss das Werkstück jedoch noch einmal umjustiert werden, oder wenn das Werkstück nach der Bearbeitung entfernt werden soll, kann die Vakuumpumpe in Betrieb bleiben. Es reicht, wenn eines der Absperrelemente 7 entgegen der Federkraft an dem die Saugfläche 4 überragenden Kugelabschnitt angreifend von der Dichtfläche 24 entfernt wird, so dass das Vakuum aus dem System entweicht. Beispielsweise könnte das Absperrelement 7 der Vakuumspannvorrichtung 1 betätigt werden, welche in der Zeichnungsebene der 6 direkt rechts oder links neben dem Werkstück 38 angeordnet ist. Dies ist sinnvoll, da die räumliche Nähe gegeben ist. Da alle Vakuumspannvorrichtungen 1 mit einer Vakuumpumpe verbunden sind, also in Reihe geschaltet sind, wird das Vakuum der von dem Werkstück 38 abgedeckten Vakuumspannvorrichtungen 1 ebenfalls aufgehoben. Das betätigte Absperrelement 7 kann nach Aufheben des Vakuums direkt wieder losgelassen werden, so dass das Vakuum wieder aufbaubar ist. Das Werkstück 38 ist nun trotz aktiver Vakuumpumpe auf der Werkstückauflage 29 leicht verschiebbar und noch einmal feinjustierbar. Erst wenn der notwendige Druck gegen die Federkraft aufgebracht wird, wird das Vakuum kopfseitig wieder wirken.
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In möglicher Ausgestaltung sind die Vakuumspannvorrichtungen 1 in der jeweiligen der vier Reihen der Werkstückauflage 29 in Reihe geschaltet. Je nachdem wie groß zu bearbeitende Werkstück 38 ist, werden so die erforderlichen Reihen an Vakuumspannvorrichtungen 1 aktiviert.
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Um die Vakuumspannvorrichtung 1 aus der betreffenden Ausnehmung 34 leicht entfernen zu können, sind an der Vakuumspannvorrichtung 1 umfänglich angeordnete Ausschnitte 39 angeordnet, an welchen ein Werkzeug angreifen kann, so dass die Vakuumspannvorrichtungen 1 leicht austauschbar sind. Dazu müssen auch keine Verbindungen zur Vakuumpumpe unterbrochen oder gelöst werden. Die Vakuumpumpe steht lediglich mit den an den Ausnehmungen 34 angeordneten Anschlüssen 36 über Schlauchleitungen oder dergleichen in Verbindung. Dies erleichtert die Handhabung erheblich, da zeitaufwendiges Lösen und Herstellen von Verbindungen, die zudem noch akkurat und mediumdicht sein müssen, entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuumspannvorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 3
- Fußfläche
- 4
- Ansaugfläche 5
- 6
- Saugkanal
- 7
- Absperrelement
- 8
- Fußelement
- 9
- Kopfelement
- 10
-
- 11
- Anlagefläche von 8 zu 9
- 12
- Anlagefläche von 9 zu 8
- 13
- Schrauben
- 14
- Schraubenbohrungen
- 15
-
- 16
- Schraubenkopf
- 17
- Fußseitiger Saugkanalabschnitt
- 18
- Kopfseitiger Saugkanalabschnitt
- 19
- Eingangsbohrung
- 20
-
- 21
- Durchbohrung
- 22
- Kraftspeicher von 7
- 23
- Anlageelement von 7
- 24
- Dichtfläche für 23 in 21
- 25
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- 26
- Kopfseitiges Dichtelement
- 27
- Fußseitiges Dichtelement
- 28
- Fußseitige Saugfläche
- 29
- Werkstückauflage
- 30
-
- 31
- Vakuumtisch
- 32
- Führungsschiene
- 33
- Opferelemente
- 34
- Ausnehmungen
- 35
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- 36
- Vakuumpumpenanschluss
- 37
- Höhenausgleichselement
- 38
- zu bearbeitendes Werkstück
- 39
- Ausschnitte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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