DE3234969C2 - Vakuumbetätigbarer Werkstückhalter - Google Patents

Abstract

Eine Vakuumaufspannvorrichtung zum Halten von Werkstücken hat eine Aufspann- oder Werkstückhaltefläche, über die eine große Anzahl von Saugzellen verteilt ist. Wenn ein Werkstück auf die Werkstückfläche gelegt ist, legt jede von dem Werkstück abgedeckte Saugzelle ein Vakuum an den Werkstückboden über eine verhältnismäßig große Fläche an, um eine Kraft zu erzeugen, die das Werkstück an der Aufspannvorrichtung hält. Jede Saugzelle ist mit einem Vakuumraum durch eine Strömungsbahn verbunden, die ausschließlich diese Zelle bedient und eine Verengung enthält, mittels der Luft von der Saugzelle zum Vakuumraum nur mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit strömen kann, wenn die Zelle freigegeben ist. Der gesamte Luftstrom zum Vakuumraum, wenn sämtliche Saugzellen freigegeben sind, ist gering genug, um ein Aufrechterhalten eines bedeutenden Vakuums im Vakuumraum durch eine Saugpumpe oder eine ähnliche Vakuumquelle von verhältnismäßig geringer Kapazität zu ermöglichen, wobei das Vakuum zum Betreiben des Halters ausreicht. Deshalb können bei dem Halter Werkstücke unterschiedlicher Größe Verwendung finden, ohne daß der Halter irgendwie abgewandelt oder eingestellt werden muß und daß die freigelegten Abschnitte der Werkstückhaltefläche abzudichten sind. Ein manuell betätigbares Vakuum-Entlüftungsventil, das dem Vakuumraum zugeordnet ist, ist zum Lösen des Werkstücks aus der Haltekraft vorgesehen, um die Übertragung von Werkstücken auf den und von dem Halter zu erleichtern.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter eine Platte (48) mit einer Oberfläche (50) aufweist, über die eine Vielzahl von Saugnäpfen (52, 52) verteilt ist, und daß eine Folie (53) aus einem elastomeren, luftundurchlässigen, flexiblen Material vorhanden ist, die über die Oberfläche der Platte ausgebreitet ist und die Saugnäpfe abdeckt, wobei die Folie (53) eine Vielzahl von kleinen Öffnungen (64,64') enthält, die jeweils durch die Folie verlaufen und imit einem entsprechenden der Saugnäpfe in Verbindung stehen und wobei die an der Außenseite der Folie liegenden Bereiche, die mit den Saugnäpfen in Übereinstimmung sind, Saugzellen (58,58) bilden und daß ferner die kleinen Öffnungen in der Folie Drosselstellen bilden.

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (53) aus einem elastomeren, luftundurchlässigen, flexiblen Flachmaterial im wesentlichen aus Urethan besteht.

3. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der kleinen Öffnungen (64) die Form eines diskreten Loches im Fiachmaterial hat.

4. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der kleinen Öffnungen (64') die Form eines Schlitzes im Flachmaterial hat.

5. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Vakuumspeicherraumes (30) unter jedem der Saugnäpfe (52) liegt und daß die Leitungsführungen eine verhältnismäßig große Öffnung (62) aufweisen, die sich vom Boden jedes der Saugnäpfe zum Vakuumspeicherraum erstreckt.

6. Werkstückhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von verhältnismäßig starren luftdurchlässigen Einlagen (68, 68), die jeweils von einem betreffenden der Saugnäpfe (52,52) aufgenommenen und so angeordnet sind, daß sie die Bodenfläche des zugeordneten Abschnitts der Folie (53) angreifen und abstützen können, wenn die Folie durch einen zwischen der Boden- und der Oberfläche der Folie herrschenden Druckunterschied in den Saugnapf (52) gezogen wird.

7. Werkstückhalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Einlagen (68,68) aus Filz besteht.

8. Werkstückhalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Einlagen (68,68) aus gesintertem Metall besteht.

9. Werkstückhalter nach Anspruch 1, gekenn-

zeichnet durch eine zur Entlüftung dienende Einrichtung (38), welche sich zwischen dem Vakuumspeicherraum (30) und der Atmosphäre erstreckt, und durch ein Ventil (40) zum wahlweisen öffnen und Schließen der Entlüftung.

10. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter einen Werkstückhalterabschnitt, der Saugzellen (100,100) mit nach außen gerichteten Flächen von kleiner Ausdehnung und dichter Abstardsanordnung in bezug zueinander enthält einen weiteren Werkstückhalterabschnitt, der Saugzellen (100,100) mit nach außen gerichteten Flächen von verhältnismäßig größerer Ausdehnung und verhältnismäßig größerer Abstandsanordnung in bezug zueinander enthält, aufweist

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen vakuumbetätigbaren Werkstückhalter entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Vakuumbetätigbare V.'erkstückhalter sind an sich aus den US-PS 26 94 337,29 93 824 und 32 94 392 bekannt

Bei diesen bekannten Werkstückhaltern wird eine Werkstückauflagefläche von einem durchlässigen Element geschaffen, das über einer Vakuumkammer oder einem anderen Vakuumraum liegt Wenn ein Werkstück auf die Auflagefläche gelegt ist wird ein vom Vakuumraum ausgehender Unterdruck, der durch das durchlässige Element verläuft, an die Elodenfläche des Werkstücks angelegt wodurch in Verbindung mit dem Atmosphärendruck eine Kraft an das Werkstück angelegt wird, die dieses dicht gegen die Auflagefläche drückt Wenn jedoch das Werkstück nicht die ganze Auflagefläche abdeckt, kommt es durch ihren freigebliebenen Abschnitt zu Luftleckagen, was aufgrund Verminderung des Unterdrucks im Vakuumraum oftmals das Anlegen einer unzureichenden Haltekraft an das Werkstück zur Folge hat oder eine Vakuumpumpe sehr hoher Kapazität erforderlich macht die trotz der Undichtheit ein wesentliches Vakuum im Vakuumraum aufrechterhalten kann. Zur Überwindung dieses Leckageproblems wird in der US-PS 26 94 337 eine große Anzahl von Ventilen gezeigt, die dem Auflageelement zugeordnet sind und die einzeln geöffnet oder geschlossen werden können, um nur denjenigen Abschnitt des Auflageelements durchlässig zu machen, der vom Werkstück abgedeckt ist. Die US-PS 32 94 392 zeigt die Verwendung einer luftundurchlässigen Kunststoffolie über dem freigelassenen Abschnitt der Auflagefläche, um gegen Luftleckagen in den Vakuumraum abzudichten.
Werkstückhalter der eingangs erwähnten Art sind durch die DE-OS 29 42 876 bekanntgeworden, wo eine gemeinsame Vakuumquelle für mehrere Saugsätze vorgesehen ist Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, daß bei dieser Ausgestaltung ebenso wie bei dem vorerwähnten Stand der Technik Undichtigkeitsprobleme entstehen, insbesondere, wenn es sich um einen raschen Wechsel von Werkstücken verschiedener Größenordnung handelt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung einen vakuumbetätigbaren Werkstückhalter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der zuverlässig arbeitet und vor allen Dingen keinerlei Luftleckagen in den Vakuumraum zuläßt wenn die Werkstücke in einem großzügig bemessenen Größenbereich wechseln.

Diese Aufgabe wird bei einem Vakuum-Werkstückhalter der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mitteln gelöst

Ein bedeutsamer Vorteil der Erfindung ist es, daß bei diesem Vakuum-Werkstückhalter nur eine Pumpe von verhältnismäßig niedriger Kapazität oder eine andere Vakuumquelle benötigt wird, deren Anschaffungskosten verhältnismäßig gering sind und die relativ kostensparend zu betreiben ist Dabei kann die Erfindung für eine Vielzahl von verschiedenartigen Werkstücken entweder mit gekrümmten oder mit flachen Bodenflächen, wie starre oder halbstarre Blöcke, Platten oder Metallbleche, Holz oder Kunststoff oder wie flexible Folien aus Papier, Papp»;, Kunststoff oder Verbundmaterial ausgestaltet sein und bei diesen verwendet werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Vakuum-Werkstückhalters;

F i g. 2 einen senkrechten Teil-Schnitt auf der Linie 5-5 in F i g. 1 und außerdem einen Abschnitt eines von dem Halter aufgenommenen Werkstückes;

F i g. 3 eine Teil-Draufsicht auf die Fläche einer der Vakuumzellen der Vorrichtung in F i g. 1;

F i g. 4 eine der F i g. 3 ähnliche Ansicht mit einer alternativen Ausführungsform der die Verengung bestimmenden öffnung in der oberen Folie des Halters;

F i g. 5 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht mit einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Werkstückhalters nach der Erfindung darstellt.

Ein die vorliegende Erfindung verkörpernder Werkstückhalter kann zur Verwendung bei Werkstücken unterschiedlicher Art und Größe ausgestaltet sein, die im wesentlichen undurchlässig sind und eine verhältnismäßig glatte Bodenfläche haben. Die Werkstücke können starr mit entweder flachen oder gekrümmten Bodenflächen sein — in diesem Fall ist der Vakuumhalter mit einer in Übereinstimmung befindlichen flachen oder gekrümmten Werkstückauflagefläche ausgebildet — oder die Werkstücke bestehen aus flexiblem Material, das sich an unterschiedliche Formen der Auflagefläche anpassen kann — in einem solchen Fall ist der Werkstückhalter mit einer Auflagefläche ausgebildet, deren Form beliebig sein kann, wenn sie nur dem Halten des Werkstücks in der gewünschten Lage dient, während auf ihm gerade gearbeitet wird. Der Werkstückhalter kann auch mit Bezug auf die Erde oder irgendeinen Support entweder stationär sein und mit einem Werkzeug oder einem Instrument, das manuell oder maschinell bewegt wird, verwendet werden oder manuell oder maschinell bewegt und mit einem stationären Werkzeug oder einem stationären Instrument verwendet werden Bei den vorliegend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung hat der Werkstückhalter eine flache Werkstückauflagefläche und ist von allgemein stationärer Art, aber es versteht sich, daß eine solche Flachheit der Auflagefläche und eine solche stationäre Art des Halters für die Erfindung nicht wesentlich sind und daß dies nur dem besseren Verständnis dienen soll.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen die vorliegende Erfindung verkörpernden Vakuum-Werkstückhalter 46. Der Halter 46 weist eine Hauptplatte 48 mit einer flachen Oberfläche 50 auf, die eine Vielzahl von zylindrischen Saugnäpfen 52,52 gleicher Größe enthält, die gleichmä-Big über die Fläche 50 verteilt sind. Die Oberfläche 50 ist ihrerseits von einer flexiblen Folie 53 bedeckt, deren Oberfläche die Werkstückfläche 56 für den Halter schafft; und die Folie besteht vorzugsweise aus einem Material, das ihre Oberfläche mit einer Reibungsquali- *.ät versieht, die ein Rutschen von Werkstücken über dieselbe verhindert, wobei das Material auch vorzugsweise eines ist, welches elastomer ist, um die Abdichtung zwischen der Bodenfläche eines Werkstücks und den Saugzellen des Halters zu fördern. Für die Folie 53 können verschiedene Materialien verwendet werden, und beispielsweise kann sie eine Folie aus Urethan oder Neopren sein. Die Flächenbereiche der Folie 53, die über den Ausnehmungen 52,52 liegen und sich mit diesen in Übereinstimmung befinden, umfassen die Saugzellen 58, 58 des Halters 46, und der die Saugzellen 58, 58 umgebende Flächenbereich der oberen Folie weist eine werkstückangreifbare Oberfläche 60 auf.

Ein Vakuumraum 30 ist im Halter 46 enthalten und liegt unter jedem der Saugnäpfe 52,52. Die Verbindung zwischen jedem Saugnapf 52 und dem Vakuumraum 30 wird durch eine verhältnismäßig große öffnung 62 im Boden jedes Saugnapfes geschaffen, die dem Luftstrom zwischen dem Saugnapf und dem Vakuumraum keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzt. Eine eine Verengung in der Strömungsbahn zwischen jeder Saugzelle 58 und dem Vakuumraum 30 schaffende Einrichtung wird von einer kleinen öffnung 64 in der Folie 53 geschaffen, wobei eine solche öffnung 64 für jede Saugzelle 58 vorhanden ist.

Das in jedem Saugnapf 52 erzeugte Vakuum zieht den darüberliegenden Abschnitt der Folie 53, wie in F i g. 2 veranschaulicht, in den Saugnapf hinein; dadurch wird den Saugzellen 58, 58 die Form und das Aussehen von Saugnäpfen verliehen, und deshalb ist die obere oder nach außen gerichtete Fläche 66 jeder Saugzelle, die mit der werkstückangreifbaren Oberfläche 60 fluchtet, völlig leer. Wenn ein Werkstück, wie es bei 31 in Fi g. 2 gezeigt ist, auf den Halter 46 gelegt ist, werden die vom Werkstück abgedeckten Zellen 58, 58 durch den Luftentzug über ihre Öffnungen 64, 64 vakuumisiert. Dieser Vakuumdruck wird an die Bodenfläche des Werkstücks 31 über die offenen Oberflächen 66,66 der abgedeckten Zellen angelegt und schafft dadurch eine Haltekraft, die das Werkstück nach unten auf den HaI-ter zu drängt. Während dies geschieht, wird die Folie 53 zwischen dem Werkstück 31 und der Platte 48 zusammengedrückt, wobei eine um den Rand jeder abgedeckten Saugzelle 58 und den Werkstückboden verlaufende Abdichtung gebildet wird, durch die ein Eindringen von Außenluft in die Zelle verhindert wird.

Die Größe der verengungsbildenden öffnungen 64, 64 ist so gehalten, daß der Gesamtbetrag an durch die freigegebenen Zellen 58, 58 strömender Luft klein genug ist, daß ein geeigneter Vakuumgrad im Vakuumraum 30 durch eine Vakuumquelle von verhältnismäßig geringer Kapazität ohne Rücksicht auf die Anzahl der freigegebenen Zellen aufrechterhalten werden kann.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist jedes Loch 64 des Halters -iS eine diskrete öffnung, wie sie mittels eines Bohrers oder durch ein durch die Folie 53 gestoßenes erwärmtes Lochwerkzeug gebildet werden kann. Es können jedoch andere Arten von Öffnungen vorgesehen sein, und als Beispiel für solch eine andere Art zeigt

F i g. 4 eine öffnung 64', die aus einem schmalen Schlitz besteht, der durch Stoßen einer scharfen Klinge durch die Folie 53, ohne wesentliches Material dabei zu entfernen, gebildet wird. Wenn der zugeordnete Saugnapf vakuumisiert wird, öffnet sich der Schlitz 64' in ausreichendem Maße, um Luft durch denselben in den Saugnapf strömen zu lassen.

Bei dem Halter 46 in F i g. 1,2 und 3 sind die Saugnäpfe 52,52 leer, so daß, wenn die Saugnäpfe vakuumisiert werden, die darüberliegenden Abschnitte der Folie 53 um einen variablen Betrag in die Saugnäpfe hineingezogen werden, der von dem Grad des Vakuums in den Saugnäpfen und der Elastizität des Flachmaterials abhängt Wenn die Folie 53 sehr dünn ist, wie dies in einigen Fällen erwünscht sein kann, kann dieses Hineinziehen der Folie in die Saugnäpfe 52,52 eventuell ein Reißen der Folie oder ein Ziehen derselben in Angriff mit den Böden der Saugnäpfe bewirken, was ein Verschließen einiger der öffnungen 64, 64 zur Folge hätte. Um dies zu verhindern, kann jeder Saugnapf, wie bei dem Halter 46' in F i g. 5 zu sehen ist, mit einer luftdurchlässigen Einlage 68 wie einem Block aus Filz oder gesintertem Metall versehen sein, die eine Oberfläche hat, welche nur in einem geringen Abstand unter der Oberfläche 50 der Platte 48 liegt. Daher greifen, wie in F i g. 5 zu sehen ist, die Einlagen 68,68 die Abschnitte der Folie 53, die in die Saugnäpfe 52, 52 hineingezogen wurden, an und ermöglichen dadurch die Schaffung von Saugzellen 58, 58 ohne ein unzulässiges Dehnen oder eine andere unerwünschte Verformung der Folie 53.

Bei dem vorstehend beschriebenen Halter ist gezeigt oder wird angenommen, daß die Saugzellen im wesentlichen gleich groß und gleichmäßig über die Werkstückhaltefläche verteilt sind. Dies ist jedoch nicht notwendig, und wenn bekannt ist, daß kleine Werkstücke immer auf eine Stelle der Werkstückhaltefläche gelegt werden sollen, kann es wünschenswert sein, eine große Anzahl von Saugzellen verhältnismäßig geringer Größe an einer solchen Stelle vorzusehen und die Größe und die Abstandsanordnung der Saugzellen im allgemeinen allmählich zu erhöhen, während der Abstand von einer solchen Stelle vergrößert wird. Ein derartiger Halter ist beispielsweise bei 98 in F i g. 6 dargestellt und schließt eine Vielzahl von Saugzellen 100, 100 ein. Diese Saugzellen können, abgesehen von ihrer Größe und ihrer Verteilung, irgendwelchen der vorstehend beschriebenen Zellen ähnlich sein, und die übrige Struktur des Halters 98 kann ebenfalls der Struktur des vorbeschriebenen Halters ähnlich sein. Der Halter 98 hat eine Werkstückhaltefläche 102 und entlang zweier Ränder der Fläche 102 zwei gerade Räder 104 und 106, um beim Legen von Werkstücken auf die Haltefläche behilflich zu sein. Wenn es sich urn rechteckige Werkstücke handelt, wird ein Werkstück auf den Halter 98 gelegt indem zwei seiner Ränder jeweils in Angriff mit den geraden Rändern 104 und 106 bewegt werden. Daher werden sich kleinere Werkstücke immer in der oberen linken Ecke des Halters befinden, wie in F i g. 6 zu sehen ist In Übereinstimmung damit haben die Vakuumräume 100, 100 in der oberen linken Ecke der Werkstückhaltefläche 102 eine verhältnismäßig geringe Größe und sind in einem verhältnismäßig dichten Abstand zueinander angeordnet, und andere Saugzellen 100, 100 nehmen in ihrer Größe und in ihrem Abstand voneinander zu, wenn sich ihr Abstand von der oberen linken Ecke vergrößen. Durch diese Anordnung der Saugzellen ist sichergestellt, daß eine angemessene Anzahl von Saugzellen von einem kleinen Werkstück abgedeckt wird, um eine ausreichende Haltekraft für dasselbe zu schaffen, während zur gleichen Zeit der Lufteintritt in den Vakuumraum dadurch herabgesetzt wird, daß eine kleinere Anzahl von Saugzellen freigelegt belassen wird, als dies der Fall bei Zellen gleicher Größe und gleichmäßiger Verteilung sein würde. Wenn ein großes Werkstück auf den Halter 98 gelegt ist, schaffen die abgedeckten Saugzellen eine ausreichende Kraft zum Festhalten desselben am Haller, wobei die großen, in einem weiten Abstand voneinander angeordneten Saugzellen in den von der oberen linken Ecke entfernt liegenden Bereichen zum Niederhalten der äußersten Enden des Werkstükkes ausreichen.

Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß in Verbindung mit dem Halter 46 in Fig. 1, 2 und 3 die obere Folie als ungelochte Folie an den Benutzer geliefert -werden kann, wobei der Benutzer dann die Öffnungen 64, 64 je nach den Erfordernissen der speziellen Werkstücke in die Folie einstanzt. Das heißt, daß der Halter z. B. eine große Werkstückhaltefläche und eine sehr große Anzahl von Saugnäpfen 52,52 haben kann. Dann kann, wenn der Halter zum Halten eines Werkstücks verwendet wird, das wesentlich kleiner als die zur Verfügung stehende Werkstückhaltefläche ist, die Arbeitskraft die öffnungen 64, 64 in die Folie stanzen, um solche öffnungen nur für solche Saugnäpfe zu schaffen, die vom Werkstück abgedeckt werden. Die obere Folie kann natürlich ausgewechselt werden, und neue ungelochle Folien können je nach Bedarf Verwendung finden und gelocht werden. Der Lochvorgang kann überdies leicht und kostensparend ausgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vakuumbetätigbarer Werkstückhalter mit einem Grundkörper, der mindestens zwei Saugsätze trägt, die jeweils bestehen aus

1.1. einer zu je einem Saugsatz gehörenden an eine gemeinsame Vakuumquelle anschließbaren Ausnehmung im Grundkörper, die einen Vakuumspeicherraum bildet,

1.2. einem Saugnapf mit einem Saugnapf raum, der durch eine Trennwand vom zugehörigen Vakuumspeicherraum getrennt ist,

U. einem Drosselkanal, der jeweils einen Saugraum mit dem zugehörigen Vakuumspeicherraum verbindet,