DE202017103186U1

DE202017103186U1 - Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks sowie Werkzeugmaschine mit einer derartigen Spannvorrichtung

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Publication number: DE202017103186U1
Application number: DE202017103186.1U
Authority: DE
Original assignee: Felss Systems GmbH
Current assignee: Felss Systems GmbH
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2027-05-27
Also published as: WO2018215556A1

Abstract

Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks,• mit zwei Spannelementen (4, 5), von denen ein Spannelement (4, 5) unter Veränderung einer momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) sowie unter Veränderung einer momentanen Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) relativ zu dem anderen Spannelement (4, 5) mit einer Schwenkbewegung um eine Schwenkachse (8, 9) zustellbar ist,• mit einer Detektionsvorrichtung (19), mittels derer die momentane Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) detektierbar ist sowie• mit einer Auswertevorrichtung (18), die mit der Detektionsvorrichtung (19) verbunden ist und mittels derer anhand der detektierten momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) die der momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass die Detektionsvorrichtung (19) einen Drehgeber (17) umfasst, mittels dessen die momentane Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend detektierbar ist, indem mittels des Drehgebers (17) ein momentaner Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend erfassbar ist unddass mittels der Auswertevorrichtung (18) anhand des fortlaufend erfassten momentanen Betrages der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend die dem momentanen Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks,

• mit zwei Spannelementen, von denen ein Spannelement unter Veränderung einer momentanen Schwenkstellung des Spannelementes sowie unter Veränderung einer momentanen Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente relativ zu dem anderen Spannelement mit einer Schwenkbewegung um eine Schwenkachse zustellbar ist,
• mit einer Detektionsvorrichtung, mittels derer die momentane Schwenkstellung des Spannelementes detektierbar ist sowie
• mit einer Auswertevorrichtung, die mit der Detektionsvorrichtung verbunden ist und mittels derer anhand der detektierten momentanen Schwenkstellung des Spannelementes die der momentanen Schwenkstellung des Spannelementes zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente bestimmbar ist.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, mit einer Bearbeitungsvorrichtung zur Werkstückbearbeitung sowie mit einer Spannvorrichtung, mittels derer ein Werkstück vor und/oder während und/oder nach der Werkstückbearbeitung fixierbar ist.
An einer aus praktischer Anschauung bekannten gattungsgemäßen Rundknetmaschine werden mittels einer Spannvorrichtung der vorstehenden Art Werkstücke, die zur Fertigung eines Bauteils mittels eines Rundknetwerkzeugs der Maschine umzuformen sind, insbesondere während des Umformvorgangs gespannt. Zur Werkstückfixierung dient eine Spannzange mit zwei Zangenschenkeln, die zum Öffnen und Schließen der Spannzange relativ zueinander mit Schwenkbewegungen um parallele Schwenkachsen zugestellt werden können. Damit eine störungsfreie und reproduzierbare Bauteilfertigung gewährleistet ist, muss die Möglichkeit bestehen, Werkstücke prozesssicher zu spannen. Zu diesem Zweck müssen unterschiedliche Funktionszustände der Spannvorrichtung zuverlässig erfasst werden können. Insbesondere muss sicher feststellbar sein, ob sich die Spannvorrichtung im geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet, ob ein Werkstück in der Spannvorrichtung geklemmt oder lediglich lose aufgenommen ist oder ob in der Spannvorrichtung überhaupt ein Werkstück vorhanden ist, letzteres insbesondere vor dem Hintergrund, dass sich ein Werkstück während beziehungsweise aufgrund der Umformung von der Spannzange lösen und dadurch verlorengehen kann.
Im Falle des Standes der Technik sind zur Erfassung von Funktionszuständen der Spannvorrichtung mehrere induktive Näherungsschalter vorgesehen, mittels derer einzelne Schwenkstellungen der Zangenschenkel der Spannzange detektiert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Prozesssicherheit der Werkstückfixierung noch zu erhöhen. Insbesondere ist zu gewährleisten, dass ein Werkstück während eines Umformprozesses dauerhaft definiert eingespannt ist.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 6.
Im Falle der Erfindung liefert ein Drehgeber fortlaufend Informationen über den momentanen Betrag der Schwenkbewegung, das heißt über den momentanen Schwenkwinkel des oder der schwenkbaren Spannelemente der Spannvorrichtung. An der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung und an der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird demnach die momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente nicht nur punktuell sondern kontinuierlich und folglich mit hoher Auflösung bestimmt. Eine umfassende Kenntnis der momentanen Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente ermöglicht einen zuverlässigen Rückschluss auf den momentanen Funktionszustand der Spannvorrichtung. Aus der mit hoher Auflösung erfassten Entwicklung der Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente kann eine Vielzahl von Funktionszuständen der Spannvorrichtung abgeleitet werden. Zusätzlich zu den von dem Drehgeber gelieferten Informationen über den Betrag können auch Informationen über die Richtung der von dem oder den Spannelementen ausgeführten Schwenkbewegungen bereitgestellt werden. Bevorzugtermaßen stammt auch die Richtungsinformation von dem Drehgeber. Als Drehgeber für die erfindungsgemäße Spannvorrichtung und für die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kommen insbesondere Drehgeber („Encoder“) herkömmlicher Bauart in Frage.
Besondere Ausführungsarten der Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und der Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 und 7.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind ausweislich Anspruch 2 unter Erfassung ausgewählter momentaner Beträge der Schwenkbewegung(en) des oder der schwenkbeweglichen Spannelemente momentane Relativ-Schwenkstellungen der beiden Spannelemente bestimmbar, die im praktischen Einsatz der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung von besonderer Bedeutung sind. Im Einzelnen kann festgestellt werden, ob sich die Spannvorrichtung im geöffneten Zustand befindet und/oder ob die Spannvorrichtung geschlossen ist und dabei ein Werkstück klemmt oder nur lose lagert und/oder ob sich die Spannvorrichtung in einem irregulären Funktionszustand befindet und beispielsweise ein zu fixierendes Werkstück verloren hat.
Erfindungsgemäß kann ein einzelner Drehgeber, mittels dessen die Schwenkstellung eines der Spannelemente erfasst wird, ausreichen. Ist die Schwenkstellung des anderen Spannelementes bekannt beziehungsweise aus der Schwenkstellung des mit dem Drehgeber versehenen Spannelementes etwa aufgrund einer bewegungsmäßigen Kopplung der beiden Spannelemente herleitbar, so ist die Auswertevorrichtung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in der Lage, anhand des mittels des Drehgebers erfassten momentanen Betrages der Schwenkbewegung des einen Spannelementes die momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente zu bestimmen.
Im Falle der Erfindungsbauart gemäß Anspruch 3 ist ein Drehgeber mit zwei Drehgebereinheiten vorgesehen. Mittels der einen Drehgebereinheit wird fortlaufend die momentane Schwenkstellung des einen Spannelementes erfasst, die andere Drehgebereinheit erfasst fortlaufend die momentane Schwenkstellung des anderen Spannelementes. Anhand der von den beiden Drehgebereinheiten gelieferten Winkelinformationen und gegebenenfalls auch anhand außerdem bereitgestellter Informationen über die Schwenkrichtung der Spannelemente bestimmt die an die Drehgebereinheiten angebundene Auswertevorrichtung fortlaufend die momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente und dadurch den Funktionszustand der Spannvorrichtung insgesamt.
Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 sind in Weiterbildung der Erfindung für die erfindungsgemäße Spannvorrichtung Komponenten vorgesehen, die sich als funktionssicher bewährt haben. Die Spannvorrichtung nach Anspruch 4 weist als Drehgeber einen inkrementellen Drehgeber vorzugsweise herkömmlicher Bauart auf. Die Spannvorrichtung gemäß Anspruch 5 ist mit einer insbesondere konventionellen Spannzange mit zweiarmigen Zangenschenkeln versehen.
Anspruch 7 betrifft mit einer Rundknetmaschine eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenbauart, für welche die erfindungsgemäße Spannvorrichtung in besonderem Maße geeignet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

1: eine mit einer Spannzange versehene Spannvorrichtung einer Rundknetmaschine,
2: eine stark schematisierte Darstellung der Spannzange gemäß 1 bei geschlossenem Zustand der Spannvorrichtung und
3: eine stark schematisierte Darstellung der Spannzange gemäß 1 bei geöffnetem Zustand der Spannvorrichtung.

Ausweislich 1 weist eine Spannvorrichtung 1 einer andeutungsweise dargestellten Rundknetmaschine 2 eine Spannzange 3 mit Spannelementen in Form von zweiarmigen Zangenschenkeln 4, 5 auf. Jeweils mittels einer Presspassung sind der Zangenschenkel 4 auf einem Schwenkachszapfen 6 und der Zangenschenkel 5 auf einem Schwenkachszapfen 7 befestigt. Der Schwenkachszapfen 6 definiert eine Schwenkachse 8 des Zangenschenkels 4, der Schwenkachszapfen 7 definiert eine parallel zu der Schwenkachse 8 des Zangenschenkels 4 verlaufende Schwenkachse 9 des Zangenschenkels 5. Beide Schwenkachszapfen 6, 7 sind in Lageraugen eines Lagergehäuses 10 der Spannzange 3 drehbeweglich gelagert. Gemeinsam mit den aufsitzenden Zangenschenkeln 4, 5 können sich die Schwenkachszapfen 6, 7 relativ zu dem Lagergehäuse 10 um die Schwenkachsen 8, 9 in Richtung von in 1 dargestellten Doppelpfeilen bewegen.
Die Dreh- beziehungsweise Schwenkbewegungen der Zangenschenkel 4, 5 werden in dem dargestellten Beispielsfall mittels eines hydraulischen Antriebs 11 der Spannvorrichtung 1 erzeugt. Zwischen einen herkömmlichen Hydraulikzylinder des Antriebs 11 und die Zangenschenkel 4, 5 ist ein ebenfalls herkömmliches Getriebe geschaltet, mittels dessen die von dem Hydraulikzylinder erzeugten linearen Antriebsbewegungen in Schwenkbewegungen der Zangenschenkel 4, 5 umgesetzt werden. Der Hydraulikzylinder und das Getriebe sind in einem Antriebsgehäuse 13 untergebracht, an welches das Lagergehäuse 10 der Spannzange 3 angeflanscht ist.
Die Spannvorrichtung 1 wird mittels einer in 1 stark schematisch dargestellten speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 14 der Spannvorrichtung 1 gesteuert. Teile der speicherprogrammierbaren Steuerung 14 sind Drehgebereinheiten 15, 16 eines Drehgebers 17 sowie eine mit den Drehgebereinheiten 15, 16 verbundene numerische Auswertevorrichtung 18.
Bei den Drehgebereinheiten 15, 16 handelt es sich um herkömmliche inkrementelle Drehgebereinheiten. In 1 im Einzelnen zu erkennen ist lediglich die auf dem Schwenkachszapfen 6 des Zangenschenkels 4 sitzende Drehgebereinheit 15. Entsprechend ist die in 1 durch das Lagergehäuse 10 der Spannzange 3 verdeckte Drehgebereinheit 16 an dem Schwenkachszapfen 7 des Zangenschenkels 5 montiert. Der Drehgeber 17 mit den beiden Drehgebereinheiten 15, 16 ist Teil einer Detektionsvorrichtung 19.
In bekannter Weise wird mittels der Drehgebereinheiten 15, 16 fortlaufend die Winkellage der Zangenschenkel 4, 5 bezüglich ihrer Schwenkachsen 8, 9 erfasst. Dabei liefern die Drehgebereinheiten 15, 16 fortlaufend Informationen sowohl über den momentanen Betrag als auch über die momentane Richtung der von den Zangenschenkeln 4, 5 um die Schwenkachsen 8, 9 ausgeführten Schwenkbewegungen. Aus diesen Informationen bestimmt die Auswertevorrichtung 18 der speicherprogrammierbaren Steuerung 14 fortlaufend die momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Zangenschenkel 4, 5.
Zwei ausgewählte Relativ-Schwenkstellungen der beiden Zangenschenkel 4, 5 sind in 2 und 3 dargestellt. An freien Enden sind die Zangenschenkel 4, 5 mit Spannbacken 20, 21 versehen, die an ihren einander zugewandten Seiten halbzylindrische Hohlformen 22, 23 ausbilden. Bei geschlossener Spannzange 3 ergänzen sich die beiden Hohlformen 22, 23 zu einer hohlzylindrischen Werkstückaufnahme der Spannzange 3.
In 2 sind die Zangenschenkel 4, 5 in eine Relativ-Schwenkstellung zugestellt, bei welcher die Spannbacken 20, 21 aneinander anliegen. Die Spannvorrichtung 1 befindet sich folglich im geschlossenen Zustand. Der mittels der Drehgebereinheiten 15, 16 erfasste Betrag der von den Zangenschenkeln 4, 5 um die Schwenkachsen 8, 9 ausgeführten Schwenkbewegungen beträgt jeweils 90°. Dieser Winkel wird für jeden der Zangenschenkel 4, 5 gemessen zwischen einer bei Schwenkbewegungen der Zangenschenkel 4, 5 ortsfesten vertikalen Bezugslinie einerseits und einer sich mit den Zangenschenkeln 4, 5 mitbewegenden Bezugslinie, die in 2 horizontal verläuft. Ein zwischen den Spannbacken 20, 21 der Zangenschenkel 4, 5 angeordnetes Werkstück würde bei einem Durchmesserübermaß gegenüber der von den Hohlformen 22, 23 der Spannbacken 20, 21 ausgebildeten Werkstückaufnahme durch die Spannzange 3 klemmend fixiert.
Ausweislich 3 befinden sich die Zangenschenkel 4, 5 in einer Relativ-Schwenkstellung, bei welcher die Spannbacken 20, 21 der Zangenschenkel 4, 5 voneinander weg bewegt sind. Die Spannvorrichtung 1 ist demnach in den geöffneten Zustand überführt. Der mittels der Drehgebereinheiten 15, 16 erfasste Betrag der von den Zangenschenkeln 4, 5 um die Schwenkachsen 8, 9 ausgeführten Schwenkbewegungen ist jeweils kleiner als 90°. Ein zwischen den Spannbacken 20, 21 der Zangenschenkel 4, 5 positioniertes Werkstück wäre von der Spannzange 3 freigegeben.

Claims

Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks, • mit zwei Spannelementen (4, 5), von denen ein Spannelement (4, 5) unter Veränderung einer momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) sowie unter Veränderung einer momentanen Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) relativ zu dem anderen Spannelement (4, 5) mit einer Schwenkbewegung um eine Schwenkachse (8, 9) zustellbar ist, • mit einer Detektionsvorrichtung (19), mittels derer die momentane Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) detektierbar ist sowie • mit einer Auswertevorrichtung (18), die mit der Detektionsvorrichtung (19) verbunden ist und mittels derer anhand der detektierten momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) die der momentanen Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (19) einen Drehgeber (17) umfasst, mittels dessen die momentane Schwenkstellung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend detektierbar ist, indem mittels des Drehgebers (17) ein momentaner Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend erfassbar ist und dass mittels der Auswertevorrichtung (18) anhand des fortlaufend erfassten momentanen Betrages der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) fortlaufend die dem momentanen Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) bestimmbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Drehgebers (17) der einem geöffneten Zustand der Spannvorrichtung zugeordnete momentane Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) erfassbar ist und/oder dass mittels des Drehgebers (17) der einem kraftlos geschlossenen Zustand der Spannvorrichtung zugeordnete momentane Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) erfassbar ist, wobei bei dem kraftlos geschlossenen Zustand der Spannvorrichtung und bei einem zwischen den Spannelementen (4, 5) angeordneten Werkstück die Spannelemente (4, 5) kraftlos an dem Werkstück anliegen und/oder dass mittels des Drehgebers (17) der einem klemmend geschlossenen Zustand der Spannvorrichtung zugeordnete momentane Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) erfassbar ist, wobei bei dem klemmend geschlossenen Zustand der Spannvorrichtung und bei einem zwischen den Spannelementen (4, 5) angeordneten Werkstück die Spannelemente (4, 5) das Werkstück klemmend fixieren und/oder dass mittels des Drehgebers (17) der einem irregulären Zustand der Spannvorrichtung zugeordnete momentane Betrag der Schwenkbewegung des Spannelementes (4, 5) erfassbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass jedes der Spannelementen (4, 5) relativ zu dem jeweils anderen Spannelement (4, 5) unter Veränderung seiner momentanen Schwenkstellung sowie unter Veränderung der momentanen Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) mit einer Schwenkbewegung um eine Schwenkachse (8, 9) zustellbar ist, wobei die Spannelemente (4, 5) um unterschiedliche Schwenkachsen (8, 9) zustellbar sind, • dass der Drehgeber (17) zwei Drehgebereinheiten (15, 16) umfasst, wobei eine Drehgebereinheit (15, 16) für das eine Spannelement (4, 5) und die andere Drehgebereinheit (15, 16) für das andere Spannelement (4, 5) vorgesehen ist und wobei mittels jeder der Drehgebereinheiten (15, 16) der momentane Betrag der Schwenkbewegung des zugeordneten Spannelementes (4, 5) um die Schwenkachse (8, 9) fortlaufend erfassbar ist und • dass die Auswertevorrichtung (18) mit beiden Drehgebereinheiten (15, 16) verbunden ist und mittels der Auswertevorrichtung (18) anhand der fortlaufend erfassten momentanen Beträge der Schwenkbewegungen der Spannelemente (4, 5) fortlaufend die den momentanen Beträgen der Schwenkbewegungen der Spannelemente (4, 5) zugeordnete momentane Relativ-Schwenkstellung der beiden Spannelemente (4, 5) bestimmbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehgeber (17) ein inkrementeller Drehgeber oder als Drehgebereinheit (15, 16) eine inkrementelle Drehgebereinheit vorgesehen ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine Spannzange (3) aufweist mit Spannelementen (4, 5) in Form von Zangenschenkeln, die jeweils als zweiarmiger Hebel ausgebildet und um eine Schwenkachse (8, 9) schwenkbar sind.
Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, mit einer Bearbeitungsvorrichtung zur Werkstückbearbeitung sowie mit einer Spannvorrichtung (1), mittels derer ein Werkstück vor und/oder während und/oder nach der Werkstückbearbeitung fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannvorrichtung (1) die Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Bearbeitungsvorrichtung eine Rundknetvorrichtung zum Rundkneten vorzugsweise metallischer Werkstücke vorgesehen ist.