DE3935125A1 - Flexible mechanische haltevorrichtung zum positionieren und fixieren von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flexible mechanische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken die, eine Grundplatte aufweist, auf der das zu bearbeitende Werkstück mittels Halteelementen ortsfest positionierbar und befestigbar ist.

Derzeit bekannte stationäre oder instationäre Halte- und Spannvorrichtungen, welchen eine mechanische Verbindung zwischen Halteelement und Grundplatte zugrundeliegt, weisen eine Grundplatte auf, in welcher Paßbohrungen, Gewindebohrung, T-nutenförmige Kanäle oder sonstige an ein bestimmtes Raster gebundene Befestigungsaufnahmen vorgesehen sind, mittels welchen werkzeugspezifisch Halteelemente an die Grundplatte durch Befestigungselemente, bspw. Schrauben befestigbar sind. Ein zu bearbeitendes Werkstück kann hierdurch in der Haltevorrichtung aufgenommen und mittels der Halteelemente auf der Grundplatte fixiert werden. Dem Maschinenbaufachmann sind solche Haltevorrichtungen zum Aufspannen von Werkstücken bspw. bei Fräsmaschinen, Bohrmaschinen und dgl. bekannt.

Derartige Haltevorrichtungen weisen mehrere Nachteile auf. Durch die vorgegebene Rasterung der Befestigungsaufnahmen ist ein beliebiges Positionieren und Fixieren des Werkstücks auf der Grundplatte oftmals nur beschränkt möglich, und wenn, nur unter Verwendung von speziell an die Befestigungsgegebenheiten angepaßte Halteelemente. Da die Elemente nur an den vorgezeichneten Befestigungsaufnahmen der Grundplatte befestigbar sind, müssen ferner, um eine optimale Befestigung und Abstützung des Werkstücks auf der Grundplatte zu ermöglichen, eine Vielzahl von verschiedenförmig ausgestalteten Halteelementen vorgesehen werden. Ein entsprechend hoher konstruktiver Aufwand der einzelnen Halteelemente ist nötig. Durch die vorwiegend spanende Fertigung solcher werkstück- und formspezifischer Halteelemente sind diese außerdem in der Herstellung aufwendig und teuer.

Haltevorrichtungen finden ferner Anwendung in automatisierten Montageprozessen bei welchen an einem bestimmten Werkstück verschiedene Montagearbeiten durchgeführt werden müssen. Für solche Zwecke sind Montage- oder Bearbeitungspaletten vorgesehen, auf welchen werkstückspezifische Halteelemente zur Befestigung des Werkstücks vorgesehen sind. Eine Aufnahme von Werkstücken verschiedener geometrischer Formen erfordert demgemäß eine Vielzahl von an die jeweilige Abstützsituation angepaßten Formelemente, die zudem an die spezielle Montagegegebenheiten und -erfordernisse angepaßt sein müssen; diese Unflexibilität der Haltevorrichtung erfordert bei stationärem Einsatz zu Bearbeitungs- oder Montagezwecken eine große Anzahl an Montage- oder Bearbeitungspaletten, die dem jeweiligen Werkstück angepaßt sind. Bei instationärem Einsatz in automatisierten Montagevorgängen ist aufgrund der Vielzahl der erforderlichen instationären unflexiblen Haltevorrichtungen ein Lager, mit der damit verbundenen hohen Kapitalbindung, erforderlich. Wenn das Werkstück mittels einer konventionellen Haltevorrichtung gehalten wird, kann es aufgrund der Unflexibilität, d. h. die an ein Raster gebundene Anbringung der Halteelemente auf der Grundplatte, oft vorkommen, daß Montagestellen, welche zugänglich sein müssen, verdeckt werden, so daß das zu bearbeitende oder zu montierende Werkstück mehrmals umgedreht und neu eingespannt werden muß, um jede der Montagestellen zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mechanische Haltevorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die genannten Nachteile vermieden werden, wobei ein schnelles und sicheres Halten von Werkstücken, die unterschiedlichste Geometrien aufweisen können, mit geringem Anpaßaufwand möglich ist und dabei ein nahezu unbeschränktes Positionieren und Fixieren der Werkstücke auf der Grundplatte möglich ist. Des weiteren wird durch das mechanische Prinzip eine hohe Repoduzierbarkeit des Haltevorgangs, das Fehlen einer Energiequelle und eine geringe Störanfälligkeit erreicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß mindestens eine, vorzugsweise zwei Halteschienen vorgesehen sind, die auf der Grundplatte, insbesondere an einem Trägerrahmen, der einen Aufnahmebereich für das Werkstück auf der Grundplatte umrandet verschiebbar geführt und fixierbar gehalten sind, daß die Halteelemente und/oder die Halteschienen mindestens eine Klemmvorrichtung aufweisen, durch die die Halteelemente an den Halteschienen wieder lösbar anbring- und positionierbar sind, und daß das zu bearbeitende Werkstück durch die Halteelemente, durch die Halteelemente in Zusammenwirken mit den Halteschienen, und/oder dem Trägerrahmen, oder durch die Halteschienen alleine oder in Zusammenwirken mit dem Trägerrahmen gehalten ist. Durch die nahezu freie Positionierbarkeit der Führungsschienen innerhalb des Trägerrahmens auf der Grundplatte sowie der wieder lösbaren Anbringung und Positionierbarkeit der Halteelemente auf den Halteschienen mittels der Klemmvorrichtung ist eine extrem hohe Flexibilität in Bezug auf die Anpassung der Haltevorrichtung an unterschiedlichste Halte- bzw. Abstützsituationen gegeben. Somit können bspw. bei Verwendung der Haltevorrichtung für Montagezwecke, auftretende Montagekräfte optimal durch die Halteelemente und/oder den Halteschienen abgefangen werden, empfindliche Werkstückstellen brauchen nicht zum Halten des Werkstücks auf der Grundplatte verwendet zu werden und die freie Zugänglichkeit von Montageflächen am Werkstück kann sichergestellt werden.

Dadurch, daß Formelemente vorgesehen sein können, die an die Halteelemente befestigbar sind, wobei diese verschiedene geometrische Formen und Maße aufweisen und zur Anpassung der werkstückunspezifischen Halteelemente an eine gegebene Befestigungssituation/Art des Werkstücks auf der Grundplatte vorgesehen sind, ist es möglich, die Halteelemente an die Außen- oder Innenkonturen des zu bearbeitenden Werkstücks so anzupassen, daß das Werkstück optimal abgestützt werden kann.

Dadurch, daß die Halteelemente als quaderförmige Körper, insbesondere als Würfel ausgebildet sein können, und daß mindestens auf einer Oberfläche eine Schnittstelle vorgesehen ist, über die die insbesondere polyederförmige Formelemente mit dem Halteelement verbindbar sind, ist es möglich, im Baukastenprinzip Formelement und Halteelement so zusammenzufügen, daß Halteelemente ausgebildet sind, die an jede gewünschte Oberflächenkontur eines zu haltenden Werkstücks angepaßt sind. Aufgrund der hierdurch möglichen einfachen geometrischen Formen der Halteelemente und Formelemente, sind diese besonders wirtschaftlich herstellbar.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Schnittstelle sieht vor, daß diese in Form einer Vertiefung, insbesondere einer Aufnahmenut vorgesehen sein kann, in die eine Nase des Formelements passend, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig aufnehmbar ist, so daß eine feste aber wieder lösbare Verbindung zwischen Halteelement und Formelement ausgebildet ist. Die Formelemente sind somit einfach aber gesichert aufsteckbar und können schnell ausgetauscht werden, auch wenn das Halteelement auf der Halteschiene angebracht ist.

Um die Flexibilität bzgl. der Anpassung an verschiedene Abstützsituationen zu erhöhen, ist es besonders vorteilhaft, daß die Schnittstelle ein Verstellelement aufweisen kann, das an dem Formelement oder an der die Schnittstelle aufweisende Oberfläche des Halteelements vorgesehen ist und eine translatorische oder rotatorische Bewegung des Formelements bzgl. des mit diesem verbundenen Halteelements ermöglicht. Das Formelement ist hierbei in einer bestimmten Position bzgl. des Halteelements festklemmbar, so daß ausreichende Stützung des Werkstücks bewirkt ist. Das Werkstück kann an jeder außen- oder innenliegenden Kontur durch nachträgliches Verspannen des Formelements mit dem Halteelement gehalten und abgestützt werden.

Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ist es dabei besonders vorteilhaft, daß die Grundplatte insbesondere rechteckig ausgebildet sein kann und daß der vier rechtwinklig zueinander angeordnete Schenkel aufweisende Trägerrahmen auf der Grundplatte an dessen Rändern befestigbar ist. Dabei kann der Trägerrahmen in einfacher Art und Weise aus vier getrennten Schenkeln zusammengesetzt sein oder in einem Stück gefertigt werden. Das Vorsehen von getrennten Schenkeln ist jedoch besonders vorteilhaft, da aus verschieden langen Schenkeln optimal an den Einsatzzweck angepaßte Trägerrahmen unterschiedlicher Größen zusammensetzbar sind. Es können ferner mehrere Halteschienen innerhalb des Trägerrahmens angeordnet werden, so daß sie ein veränderbares Raster bilden, welches die Grundplatte in mehrere vierseitige Aufnahmebereiche unterteilt; hierdurch ist es möglich, gleichzeitig mehrere Werkstücke in den einzelnen Aufnahmebereichen zu fixieren und zu bearbeiten.

Eine einfache konstruktive Auslegung ist dadurch möglich, daß die Halteschienen an gegenüberliegenden Schenkeln des Trägerrahmens in ebenen parallel zur Grundplatte geführt gehalten werden können, wobei eine Arretierung der Halteschienen an Klemmpositionen entlang den Schenkeln des Trägerrahmens vorzugsweise durch Eingriff der Schienenlängsenden mit den Schenkeln erfolgt. Dabei sichert die Aufnahme der Schienenlängsenden bspw. in Führungsnuten, die optimale Führung der Halteschienen innerhalb des Trägerrahmens. Durch das Vorsehen einer Verstelleinheit, oder in der Haltevorrichtung integriert eingebaute Antriebe zur Verschiebung der Halteschienen ist es möglich, die Haltevorrichtung in automatisierte Verfahrensabläufe zu integrieren, so daß ein selbsttätiges Einspannen bzw. Loslassen des zu bearbeitenden Werkstücks innerhalb der Haltevorrichtung stattfindet. Eine Verstellung der Halteschienen kann auch mittels einem Industrieroboter oder manuell vorgenommen werden, wodurch bei Einsatz der Haltevorrichtung als Montagevorrichtung innerhalb von automatisierten Montagezellen keine zusätzlichen und teilweise aufwendigen Antriebe, Weg-Meßsysteme, Rutschkupplungen oder sonstige Schnittstellen innerhalb der Haltevorrichtung zur Bewegung der Halteschienen eingebaut werden brauchen.

Dadurch daß die Klemmvorrichtung zwischen Halteschiene und Halteelement in Form einer Feder-Nut-Verbindung ausgebildet sein kann, insbesondere mit einer veränderbaren Passung, ist es möglich, die Halteelemente auf den Halteschienen ohne Entnahme und Wiederpositionierung so zu verschieben, daß sie einer neuen Abstützposition zugeführt werden können. Dabei ermöglicht die veränderbare Passung bei Eingriff des Halteelements mit der Halteschiene eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den Teilen, die auch ggf. ein leichtes Wiederlösen des Halteelements von der Halteschiene im Falle eines Austauschs gewährleistet.

Eine besonders einfache Ausgestaltung sieht vor, daß die Halteelemente mindestens eine Befestigungsnut aufweisen können, die vorzugsweise dem Querschnitt der Halteschienen angepaßt ist, und durch die die Halteelemente unter Preßpassung auf die Halteschienen klemmbar sind.

Eine einfache Art eine Preßpassung bei Eingriff zwischen Halteelement und Halteschiene zu bewirken, ist dadurch gegeben, daß die Befestigungsnut ganz oder teilweise mit einer elastischen Schicht, insbesondere einer Gummiauflage versehen sein kann, die zwischen der Nutwandung und einem vorzugsweise der Außenkontur der Halteschiene angepaßten Schutzprofil angeordnet ist. Hierdurch ist eine elastische Preßpassung zwischen Halteelement und Halteschiene ausgebildet. Das Schutzprofil dient hierbei als Abriebschutz.

Die zuvor genannten Vorteile lassen sich ebenfalls dadurch erreichen, daß die Befestigungsnut ganz oder teilweise in Längsrichtung mit Spannelementen, insbesondere Druckfedern versehen sein können, die zwischen der Nutwandung und dem Schutzprofil angeordnet sind. Die Druckfeder kann hierbei in Form einer rechteckigen ellipsenbogenförmig oder ähnlich gebogenen Blattfeder oder einer sonstigen zweckentsprechenden Federform ausgebildet sein.

Eine einfache konstruktive Ausgestaltung der Halteschienen sieht vor, daß diese aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen bestehen können, zwischen welchen eine dritte federbelastete Klemmschiene gehalten ist, die zur Klemmung der Halteschiene zwischen gegenüberliegenden Schenkeln des Trägerrahmens dient. Durch einfaches Niederdrücken der Klemmschiene ist eine Entriegelung der Halteschiene von den momentanen Klemmpositionen an den Schenkeln möglich, so daß die Halteschiene entlang den Schenkeln verschoben und neu positioniert werden kann und nach Entlasten der mittleren Klemmschiene eine selbsttätige Arretierung und Festklemmung der Halteschiene an den neuen Klemmpositionen bewerkstelligt ist.

Um eine verbesserte Klemmwirkung zwischen Halteschiene und Halteelement zu bewirken und gleichzeitig ein möglichst einfaches Arretieren und Entriegeln der Halteschienen an dem Trägerrahmen zu ermöglichen, ist als weitere Lösungsmöglichkeit denkbar, daß die Halteschienen aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen bestehen können, die durch Federkraft in bestimmtem seitlichem Abstand voneinander gehalten sind, so daß bei zusammengedrückten Führungsschienen die Halteschiene entlang den Schenkeln verschiebbar ist, und bei nicht zusammengedrückten Führungsschienen eine selbsttätige Arretierung der Halteschiene an einer gewünschten Position entlang den Schenkeln des Trägerrahmens, sowie eine abgesicherte Verbindung der Halteelemente mit den Führungsschienen bewerkstelligt ist. Hierdurch ist eine aktive Verklemmung der Halteschiene in der Befestigungsnut der Halteelemente gegeben, die durch Zusammendrücken der Führungsschienen aufgehoben werden kann.

Bei Verwendung von nur zwei Führungsschienen aufweisenden Halteschienen, können vorteilhafterweise die Nutwandungen der Halteelemente einen L-förmigen Querschnitt aufweisen, so daß bei entlasteten Führungsschienen eine zusätzliche Sicherung gegen Entnahme der Halteelemente durch Eingriff der Führungsschienen in den hinterschnittenen Bereich der Befestigungsnut gegeben ist. Somit ist eine zusätzliche vertikale Arretierung der Halteelemente auf den Halteschienen gegeben.

Eine weitere Flexibilisierung der Haltevorrichtung kann dadurch erreicht werden, daß die Schenkel des Trägerrahmens den gleichen Querschnitt wie die Halteschienen aufweisen können und hierdurch ebenfalls zur Aufnahme und Positionierung von Halteelementen geeignet sind.

Dadurch, daß die Aufspannplatte oder der Werkzeugträger einer Bearbeitungsmaschine als Grundplatte dienen kann und daß der Trägerrahmen daran befestigbar ist und den Aufnahmebereich für das zu bearbeitende Werkstück umrandet, kann eine getrennt vorzusehende Grundplatte für die Haltevorrichtung entfallen und die flexible mechanische Haltevorrichtung auch an jede bereits bestehende Bearbeitungsmaschine angepaßt werden. Die gleichen Vorteile lassen sich auch bei einer automatisierten Montage- oder Bearbeitungsvorrichtung erzielen, indem die Grundplatte auf einer Montage- oder Bearbeitungspalette ausgebildet sein kann und daß der Trägerrahmen an diese befestigbar ist und den Aufnahmebereich für das zu haltende Werkstück umrandet.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Draufsicht einer flexiblen Haltevorrichtung, in der die Anordnung der Halteschienen und Halteelemente auf einer rechteckigen Grundplatte gezeigt wird,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten Haltevorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht entlang der Befestigungsnut eines rechteckigen Halteelements,

Fig. 4-7 weitere Halteelemente mit daran befestigten Formelementen verschiedener geometrischer Ausprägung,

Fig. 8 einen Querschnitt durch ein Halteelement mit daran befestigtem Formelement,

Fig. 9 einen Querschnitt durch ein weiteres Halteelement mit einem Verstellelement zur translatorischen Bewegung des mit dem Halteelement verbundenen Formelements,

Fig. 10 eine Bodenansicht eines weiteren Halteelements mit zwei zueinander senkrecht verlaufenden Befestigungsnuten,

Fig. 11 einen Querschnitt durch ein Halteelement mit einer anderen Ausführungsform der Befestigungsnut und darin aufgenommener Halteschiene.

Bei der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Erfindung handelt es sich um eine flexible mechanische Haltevorrichtung, die ein nahezu unbeschränktes Positionieren und Fixieren von Werkstücken 6 auf einer Grundplatte 1 mittels Halteschienen und werkstückunspezifische Halteelementen 5 ermöglicht, wobei ein sicheres und schnelles Positionieren des Werkstücks 6 möglich ist, und dabei unterschiedlichste Halte- bzw. Abstützsituationen erzeugt werden, so daß bspw. bei Verwendung der Haltevorrichtung zu Montagezwecken, Montagekräfte optimal abgestützt, empfindliche Werkstückstellen zum Halten nicht verwendet und Montageflächen an dem Werkstück nicht verdeckt werden.

Die Grundplatte 1, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet ist, weist einen diesen umrandenden Trägerrahmen 2 auf, der einen Aufnahmebereich 20 für das Werkstück 6 umgrenzt. Die Schenkel 3 des Trägerrahmens 2 sind mittels konventioneller Befestigungsmittel, wie bspw. Schrauben, mit der Grundplatte 1 verbunden. Innerhalb des vom Trägerrahmen 2 umrandeten Aufnahmebereichs 20 der Grundplatte 1 sind zwei Halteschienen 4 an gegenüberliegenden Schenkeln 3 senkrecht zueinander in Ebenen parallel zur Grundplatte 1 übereinander geführt gehalten. Die Schienenlängsenden werden dabei bspw. in Führungsnuten 22, die an der Innenfläche der Schenkel 3 ausgebildet sein können, linear geführt und sind zwischen zwei gegenüberliegenden Schenkeln 3 so verspannbar, daß die Halteschienen 4 in einer beliebigen Klemmposition 7 entlang den Schenkeln 3 arretieren. Es ist möglich mehrere Halteschienen 4 innerhalb des Trägerrahmens 2 so anzuordnen, daß sie ein Raster bilden, welches die Grundplatte 1 in mehrere vierseitige Aufnahmebereiche 20 unterteilt, in welchen jeweils ein zu befestigendes Werkstück 6 aufgenommen werden kann. Die Halteschienen 4 können dabei fest innerhalb des Trägerrahmens 2 vorgesehen sein oder den Erfordernissen angepaßt in unterschiedlicher Anzahl eingesetzt werden. Es sind ferner andere Arten der Führung entlang den Schenkeln als durch Führungsnuten 22 möglich. Dies kann bspw. durch Eingriff von gleitschutzartig ausgebildeten Enden der Halteschiene 4 auf Führungfedern des Rahmens 2 geschehen. Dem einschlägigen Fachmann sind verschiedene Führungs-Klemm-Mechanismen bekannt.

Zur ortsfesten Positionierung und Fixierung des Werkstücks 6 auf der Haltevorrichtung sind ferner werkstückunspezifische Halteelemente 5 vorgesehen, die auf die Halteschienen 4 aufsetzbar und entlang diesen geführt gehalten sind. Die Halteelemente 5 sind mittels einer integrierten Klemmvorrichtung an einer gewünschten Position entlang den Halteschienen 4 befestigbar. Hierzu weisen die im Ausführungsbeispiel quaderförmig, insbesondere würfelförmig ausgebildete Halteelemente 5 (Fig. 3) eine Befestigungsnut 10 auf, welche vorzugsweise dem Querschnitt der Halteschienen 4 angepaßt ist und solche Dimensionen aufweist, daß sie zusammen mit der Halteschiene 4 eine Preßpassung ausbildet. Um einerseits das Aufbringen und Abziehen der Halteelemente 5 von den Halteschienen 4 zu vereinfachen und andererseits eine sichere Ausbildung der Passung zu gewährleisten, weisen die Halteelemente 5 an der inneren Nutwandung 12 eine elastische Schicht 11, insbesondere eine Gummiauflage auf, auf der ihrerseits ein Schutzprofil 13 aufgebracht ist, welches vorzugsweise an die Außenkontur der Halteschienen 4 angepaßt ist und die Innenwandung der Befestigungsnut 10 darstellt. Statt einer elastischen Schicht 11 zwischen Nutwandung 12 und Schutzprofil 13, können andere Arten von Anpreßelementen vorgesehen sein, die eine Preßpassung bei Eingriff der Halteelemente 5 mit den Halteschienen 4 gewährleisten. Dies können insbesondere Druckfedern sein, die über die ganze oder über nur einen Teil der Länge der Befestigungsnut 10 angeordnet sind. Andere Arten die Klemmvorrichtung auszubilden sind ebenfalls denkbar, wobei, im Gegensatz zur passiven Verklammerung, die mittels der Befestigungsnut 10 erfolgt, auch ein aktives Verspannen der Halteelemente 5 auf den Halteschienen 4 möglich ist, wie bspw. mittels Schraubzwingen, pneumatischen Klemmzylindern oder ähnlichen Spannvorrichtungen der Fall ist.

Das werkstückunspezifische Halteelement 5 weist ferner mindestens eine Schnittstelle 16 auf, die auf eine oder mehrere Außenoberflächen 15 des Halteelements 15 vorgesehen sind, über die Formelemente 14 mit verschiedenen geometrischen Abmessungen und Formen mit dem Halteelement 5 verbunden werden können (Fig. 4-7). Diese Formelemente 14 sind dazu vorgesehen, das Haltelement 5 an die Außenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks 6 so anzupassen, daß das Werkstück optimal abgestützt werden kann; wird mittels des Halteelements 5 eine ebene Fläche abgestützt, die parallel zu einer der Oberflächen 15 des Halteelements 5 verläuft, so brauchen meist keine Formelemente 14 vorgesehen zu werden, im Gegensatz zu Fällen, wo bspw. schräg zur Halteschiene 4 bzw. zum Halteelement 5 verlaufende Flächen am Werkstück 6 gehalten werden sollen. Die verschiedenförmigen Formelemente 14 sind dabei weitestgehend geometrisch so an das zu haltende Werkstück 6 angepaßt, daß ein optimales Halten an einer beliebigen Außenkontur oder Innenkontur, wie z. B. einer Bohrung des Werkstücks 6 (Fig. 6), durch das das entsprechende Formelement 14 aufweisende Halteelement 5 gewährleistet ist. Somit sind die Halteelemente 5 werkstückunspezifisch ausgelegt, um im Baukastenprinzip durch Anbringung von werkstückspezifischen Formelementen 14 auf deren Außenoberflächen 15 an jede gewünschte Abstützsituation angepaßt zu werden.

Die Schnittstelle 16 zwischen Halteelement 5 und Formelement 14 ist vorteilhafterweise als form- und kraftschlüssige Verbindung ausgebildet. Verschiedene Ausgestaltungsformen sind hierbei denkbar, wobei in Fig. 8 eine besonders einfache Ausführung als Beispiel gezeigt ist. Dort ist auf der obenliegenden Oberfläche 15 des Halteelements 5 eine Vertiefung, insbesondere in Form einer Aufnahmenut 17 vorgesehen, in der eine Nase 18 des Formelements 14 passend aufgenommen liegt. Die Aufnahmenut 17 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel hierbei ähnlich wie die Befestigungsnut 10 mit einer elastischen Schicht 21 ausgekleidet, so daß ein leichteres Einsetzen oder Entnehmen des Formelements 14 bei ausreichender Schnittstellenfestigkeit bewerkstelligt werden kann. Andere Anbringungs- bzw. Befestigungsarten, bspw. das Anschrauben der Formelemente 14 auf den Halteelementen 5, sind ebenfalls denkbar. Vorzusgweise sind alle Schnittstellen 16 auf den Oberflächen 15 in gleicher Art und Weise, d. h. einheitlich ausgeführt.

Um bei der Haltevorrichtung eine weitestgehende Flexibilität in Bezug auf die auftretenden Abstützsituationen und Anpassung an die Montagegebenheiten zu gewährleisten, können an den Schnittstellen 16 zwischen Halteelement 5 und Formelement 14 Verstellelemente 19 vorgesehen sein, die vorzugsweise am Formelement 14 angebracht sind. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann das Verstellelement 18 aber auch an dem Haltelement 5 selbst vorgesehen sein. Das dort gezeigte Verstellelement 19 ist in Form einer drehbar gelagerten Spindel mit einem mittleren Gewindebereich ausgelegt, auf dem das Formelement 14 aufgenommen ist. Hierdurch ist eine translatorische Auf- und Abbewegung des Formelements 14 entlang des Halteelements 5 durch das Verstellelement 19 gegeben, so daß bspw. eine senkrecht zur Grundplatte 1 wirkende Anpressung des Werkstücks 6 durch Aufliegen des Formelements 14 auf eine Werkstückoberfläche und Verspannen mittels des Verstellelements 19 bewirkt werden kann. Je nach Ausgestaltung der Schnittstelle 16 und des Verstellelements 19 sind translatorische und/oder rotatorische Bewegungen des Formelements 14 bzgl. des mit diesem verbundenen Halteelements 5 möglich. Bei ausreichender Klemmung bzw. Arretierung der Halteschienen 4 am Trägerahmen 2 sind die Halteelemente 5 auch als Basisteil für Formelemente 14 einsetzbar, die als Einspannelemente ausgelegt sind, so daß ein Einsatz der Haltevorrichtung als Spannvorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken 6 mittels spannabhebenden Verfahren ermöglicht ist. In Fig. 10 ist ferner ein Halteelement 5 gezeigt, bei dem zwei kreuzweise angeordnete Befestigungsnuten 10 vorgesehen sind, so daß ein so ausgebildetes Halteelement 5 im 90°-Raster versetzbar ist, um bspw. alle vier seitlichen Oberflächen 15 nach Bedarf einsetzen zu können.

Eine weitere Flexibilisierung der Haltevorrichtung ist gegeben, wenn die Schenkel 3 des Trägerrahmens 2 und die Halteschienen 4 den gleichen Querschnitt aufweisen, so daß auch auf den Schenkeln 3 Halteelemente 5 verklemmbar sind; somit wird auch schenkelseitig eine optimale Abstützsituation des Werkstücks 6 erreicht.

Die Halteschienen 4 sind je nach der gewählten Arretierungsmethode dieser mit den Schenkeln 3 des Trägerrahmens 2 unterschiedlich ausgeführt. Auf die vielfältigen Methoden eine Arretierung zu bewerkstelligen wird nicht näher eingegangen, da diese bekannt sind. Bei den schematischen Darstellungen in Fig. 1 und 2 bestehen die Halteschienen 4 aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen 8, zwischen welchen eine dritte federbelastete Klemmschiene 9 gehalten ist, die die Klemmung der Halteschiene 4 zwischen den Schenkeln 3 des Trägerrahmens 2 bewirkt. Der Querschnitt der Schienen (8, 9) ist insbesondere rechteckig und deren Oberflächen können leicht angerauht sein; letzteres dient zur Erhöhung des Reibkoeffizienten zwischen Halteelement 5 und Halteschiene 4. Durch Herunterdrücken der mittleren Klemmschiene 9 wird die Klemmung an den derzeitigen Klemmpositionen 7 an gegenüberliegenden Enden des Trägerrahmens 2 gelöst, so daß die betreffende Halteschiene 4 linear entlang den Schenkeln 3 verschoben werden kann. Nach Entlasten der mittleren Klemmschiene 9 wird aufgrund der Federkraft diese nach oben gedrückt bzw. arretiert und dadurch die gesamte Halteschiene 4 an der neuen Klemmposition 7 geklemmt. Damit bei einer derart gestalteten Halteschiene 4 eine sichere Klemmung an den Klemmpositionen 7 jederzeit gewährleistet ist, muß die Befestigungsnut 10 der Halteelemente 5 so ausgebildet sein, daß die Klemmschiene 9 entlastet, d.h. nicht niedergedrückt in der Befestigungsnut 10 aufnehmbar ist. Dies kann bspw. durch Vorsehen einer innenseitigen Stufung der Befestigungsnut 10 (wie in Fig. 3 gezeigt) erreicht werden.

Eine andere konstruktive Ausgestaltung sieht vor, daß die Halteschienen 4 unter Weglassung der mittleren Schiene nur aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen 8′ bestehen, die durch die Federkraft einer zwischen den Führungsschienen 8′ angebrachten gebogenen Blattfeder 23 in bestimmtem seitlichen Abstand voneinander gehalten sind. Werden diese Führungsschienen 8′ zusammengedrückt, so wird die Arretierung an den Schenkeln 3 aufgehoben und die Halteschienen 4 können entlang den Schenkeln 3 linear an eine neue Klemmposition 7 verschoben werden. Nach Entlastung erfolgt eine selbsttätige Arretierung. Diese Ausgestaltung der Halteschienen 4 weist den Vorteil auf, daß die Halteelemente 5 bei zusammengedrückten Führungsschienen 8′ kräftefrei aufgesetzt und entnommen werden können und nach Entlasten der Führungsschienen 8′ die volle Klemmwirkung zwischen Halteschiene 4 und Halteelement 5 besteht. Hierbei ist es selbstverständlich, daß ein Lösen der Halteschienen 4 von den Klemmpositionen 7 am Trägerrahmen 2 und somit deren Verschiebbarkeit erst bei voll zusammengedrückten Führungsschienen 8′ möglich ist; bei einer Teileentlastung in einer ersten Stufe erfolgt die Arretierung der Führungsschienen 8′ am Trägerrahmen 2; bei weiterer vollständigen äußeren Entlastung wird eine ausreichende Preßpassung zwischen den Halteelementen 5 und Halteschienen 4 bewirkt.

Bei Verwendung von nur zwei Führungsschienen 8′ aufweisenden Halteschienen 4, können vorteilhafterweise die Nutwandungen 12 der Halteelemente 5 einen L-förmigen Querschnitt aufweisen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Bei entlasteten Führungsschienen 8′ ist somit eine zusätzliche Sicherung gegen Entnahme der Halteelemente 5 durch Eingriff der Führungsschienen 8′ in den hinterschnittenen Bereichen der Befestigungsnut 10 gegeben, wobei gleichzeitig eine vertikale Arretierung der Halteelemente 5 auf den Halteschienen 4 gegeben ist.

Die Halteschienen 4, Halteelemente 5, Formelemente 14 und Trägerrahmen 2 können in metallischer Ausführung vorgesehen werden, bspw. in Aluminium oder Stahl. Hierdurch ist eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit der Vorrichtung gewährleistet; Ausführungsformen mit Kunststoffteilen, seien es einzelne Teile oder die gesamte Vorrichtung, sind aber durchaus sinnvoll; für manche Einsatzzwecke (z. B. leichte Montagearbeiten) weist die mit Kunststoffteilen gebildete Vorrichtung eine genügende Steifigkeit bei geringem Vorrichtungsgewicht auf: Geringere Vorrichtungskosten sind hierdurch ebenfalls gegeben. Geeignete Kunststoffe sind alle abriebfesten Kunststoffe, wie bspw. verstärktes oder unverstärktes Polyamid, das eine ausreichende Festigkeit aufweist.

Die so beschriebene Haltevorrichtung ist in den verschiedensten Anwendungsbereichen einsetzbar. Die Aufspannplatte oder der Werkzeugträger einer Bearbeitungsmaschine, bspw. einer Planschleifmaschine, ist als Grundplatte 1 geeignet; an diese wird dann der Trägerrahmen 2 in bekannter Art und Weise befestigt.

In einer andere Ausgestaltung ist die Grundplatte 1 als Montage- oder Bearbeitungspalette oder einem Teil einer solchen ausgebildet: Solche Paletten (oder Werkstückträger) finden z. B. in automatisierten Montage- oder Bearbeitungsvorrichtungen Anwendung, insbesondere in Montagestraßen mit mehreren Montagestationen. Auf einer solchen Montage- oder Bearbeitungspalette wird dann der Trägerrahmen 2 in herkömmlicher Art und Weise befestigt. Ein anderer Anwendungsfall sieht vor, die Haltevorrichtung in Montagezellen einzusetzen, in denen mittels Industrieroboter oder ähnlichen automatisierten Einrichtungen Montagearbeiten oder Werkstückbearbeitungen vorgenommen werden. Die Anwendungsliste ist beliebig fortsetzbar.

Die Positionierung der Halteschienen 4 an gewünschten Klemmpositionen 7 am Trägerrahmen 2 kann bspw. durch eine in der Haltevorrichtung vorgesehene Verstelleinheit, durch angepaßte eigene Antriebe, bspw. in Form von Band- oder Kettenantriebe, manuell oder auch durch einen Greifarm eines Industrieroboters erfolgen. Bei Einsatz einer Haltevorrichtung innerhalb einer automatisierten Montagevorrichtung ist das Verschieben der Halteschienen 4 durch den Industrieroboter besonders wirtschaftlich, da keine eigenen Antriebe, Wegmeßsysteme oder Rutschkupplungen innerhalb der Haltevorrichtung vorgesehen werden müssen, um eine Herstellung und genaue Positionierung der Halteschienen 4 zu bewirken.

Der Industrieroboter kann hierbei gleich mehrere Aufgaben erfüllen: Ein Entnahmegreifer 30 (in Fig. 1 gestrichelt angedeutet) des Industrieroboters fährt zu einer Halteelementpalette und entnimmt dort ein bestimmtes Halteelement 5, welches mit oder ohne einem speziell an die Abstützsituation angepaßten Formelement 14 versehen ist. Mit diesem Halteelement 5 fährt der Entnahmegreifer 30 über die gewünschte Halteschiene 4 und Befestigungsposition und senkt das Halteelement 5 ab; dabei können spezielle Erhebungen am Entnahmegreifer 30 bei Verwendung von dreiteiligen Halteschienen 4, falls erforderlich, gleichzeitig die Klemmschiene 9 herunterdrücken. Durch das Herunterdrücken der Klemmschiene 9 wird die Klemmung der Halteschiene 4 an den derzeitigen Klemmpositionen 7 am Trägerrahmen 2 gelöst, so daß die gesamte Halteschiene 4 mit dem Halteelement 5 linear verschoben werden kann. Nach Öffnen und Anheben des Entnahmegreifers 30 wird aufgrund der Federkraft die mittlere Klemmschiene 9 nach oben gedrückt und klemmt selbsttätig dadurch die gesamte Halteschiene 4 an der gewählten Klemmposition 7. Das Werkstück 6 kann hierbei vor oder nach der Verstellung der Halteschienen 4 und der Halteelemente 5 ebenfalls mittels eines Greifers eingesetzt bzw. aufgesetzt werden. Bei Verwendung von Halteschienen 4 mit nur zwei Führungsschienen 8′, muß der Entnahmegreifer 30 in der Lage sein, die Führungsschienen 8′ zusammenzudrücken, so daß die betreffende Halteschiene 4 linear verschoben werden kann, oder auch nur teilweise zusammenzudrücken, so daß die Halteelemente 5 kraftfrei aufgesetzt oder entnommen werden können, ohne daß die Klemmung der Halteschiene 4 an den Klemmpositionen 7 aufgehoben wird.

Wie bereits erwähnt, können auch eigene Antriebe, z. B. Elektromotoren zur Verstellung der Halteschienen 4 entlang den Schenkeln 3 des Trägerrahmens 2 verwendet werden, wobei dann Schnittstellen an der Haltevorrichtung vorgesehen sein müssen, damit diese an externe Energieversorgungsquellen anschließbar ist. Eine reine mechanische Ausgestaltung der Haltevorrichtung ohne Schnittstellen hat den Vorteil einer wesentlich erhöhten Flexibilität, da zum Betrieb der Haltevorrichtung keine externe Energiequellen benötigt werden. Durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Halteschienen 4 und der Halteschienenführung in den Schenkeln 3 wird ein automatisiertes Einlegen oder Entnehmen der Halteschienen 4 mittels des Entnahmegreifers 30 des Industrieroboters ermöglicht, so daß ein sehr schnelles Anpassen der Haltevorrichtung an jede denkbare Befestigungssituation möglich ist und dabei die verschiedensten Werkstücke aufgenommen werden können. Wird die Haltevorrichtung aber für automatisierte Montageabläufe in stationären Vorrichtungen verwendet, können solche Haltevorrichtungen mit integrierten Schienenantriebsmitteln sehr viel wirtschaftlicher sein.

Claims (19)

1. Flexible mechanische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken, mit einer Grundplatte (1) auf der das zu bearbeitende Werkstück (6) mittels Halteelementen (5) ortsfest positionierbar und befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise zwei Halteschienen (4) vorgesehen sind, die auf der Grundplatte (1), insbesondere an einem Trägerrahmen (2), der einen Aufnahmebereich (20) für das Werkstück (6) auf der Grundplatte (1) umrandet, verschiebbar geführt und fixierbar gehalten sind, daß die Halteelemente (5) und/oder die Halteschienen (4) mindestens eine Klemmvorrichtung aufweisen, durch die die Halteelemente (5) an den Halteschienen (4) wieder lösbar anbringbar und positionierbar sind, und daß das zu bearbeitende Werkstück (6) durch die Halteelemente (5), im Zusammenwirken mit den Halteschienen (4) und/oder dem Trägerrahmen (2), oder durch die Halteschienen (4) alleine oder in Zusammenwirken mit dem Trägerrahmen (2) gehalten ist.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Formelemente (14) vorgesehen sind, die an die Halteelemente (5) befestigbar sind, wobei diese verschiedene geometrische Formen und Maße aufweisen und zur Anpassung der werkstückunspezifischen Halteelemente (5) an eine gegebene Befestigungssituation/-art des Werkstücks (6) auf der Grundplatte (1) vorgesehen sind.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (5) als quaderförmiger zylindrischer Körper, insbesondere als Würfel ausgebildet sind, und daß mindestens auf einer der Oberflächen (15) eine Schnittstelle (16) vorgesehen ist, über die die insbesondere polyederförmigen Formelemente (14) mit dem Halteelement (5) verbindbar sind.

4. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (16) in Form einer Vertiefung, insbesondere einer Aufnahmenut (17) vorgesehen ist, in der eine Nase (18) des Formelements (14) passend, insbesondere form- und kraftschlüssig aufnehmbar ist, so daß eine feste aber wieder lösbare Verbindung zwischen Halteelement (5) und Formelement (14) ausgebildet ist.

5. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (16) ein Verstellelement (18) aufweist, das an dem Formelement (14) oder an der die Schnittstelle (16) aufweisende Oberfläche (15) des Halteelements (5) vorgesehen ist und eine translatorische oder rotatorische Bewegung des Formelements (14) bezüglich des mit diesem verbundenen Halteelements (5) ermöglicht und dadurch beispielsweise Spannen kann.

6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) insbesondere rechteckig ausgebildet ist, und daß der vier rechtwinklig zueinander angeordnete Schenkel (3) aufweisende Trägerrahmen (2) auf der Grundplatte (1) an dessen Rändern befestigbar ist.

7. Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschienen (4) an gegenüberliegenden Schenkeln (3) des Trägerrahmens (2) in Ebenen parallel zur Grundplatte (1) geführt gehalten sind, wobei eine Arretierung der Halteschienen (4) an beliebigen Klemmpositionen (7) entlang den Schenkeln (3) des Trägerrahmens (2) vorzugsweise durch Eingriff der Schienenlängsenden mit den Schenkeln (3) erfolgt, und daß die Halteschienen (4) durch eine Verstelleinheit, durch in der Haltevorrichtung integriert eingebaute Antriebe, durch einen Industrieroboter eine externe Verstelleinheit oder manuell entlang den Schenkeln (3) verschiebbar sind.

8. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschienen (4) aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen (8) bestehen, zwischen denen eine dritte federbelastete Klemmschiene (9) gehalten ist, die zur Klemmung der Halteschiene (4) zwischen gegenüberliegenden Schenkeln (3) des Trägerrahmens (2) dient.

9. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschienen (4) aus zwei parallel verlaufenden Führungsschienen (8′) bestehen, die durch Federkraft in bestimmtem seitlichen Abstand voneinander gehalten sind, wobei die Halteschiene (4) bei zusammengedrückten Führungsschienen (8′) entlang den Schenkeln (3) verschiebbar ist, und bei nicht zusammengedrückten Führungsschienen (8′) eine selbsttätige Arretierung der Halteschiene (4) an einer gewünschten Klemmposition (7) entlang den Schenkeln (3) des Trägerrahmens (2) und eine gesicherte Verbindung der Halteelemente (5) mit den Führungsschienen (8′) bewerkstelligt ist.

10. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (3) des Trägerrahmens (2) den gleichen Querschnitt wie die Halteschienen (4) aufweisen und ebenfalls zur Aufnahme und Positionierung von Halteelementen (5) geeignet sind.

11. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung zwischen Halteschiene (4) und Halteelement (5) in Form einer Feder-Nut-Verbindung ausgebildet ist, insbeondere mit einer veränderbaren Passung, so daß bei Eingriff des Halteelements (5) mit der Halteschiene (4) eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den Teilen (4, 5) besteht und ggf. ein leichtes Wiederlösen des Halteelements (5) von der Halteschiene (5) gewährleistet ist.

12. Haltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (5) mindestens eine Befestigungsnut (10) aufweisen, die vorzugsweise dem Querschnitt der Halteschienen (4) angepaßt ist und durch zwei gegenüberliegende Oberflächen (15) des Halteelements (5) verläuft und durch die die Halteelemente (5) unter Preßpassung auf die Halteschienen (4) klemmbar sind.

13. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsnut (10) ganz oder teilweise mit einer elastischen Schicht (11), insbesondere einer Gummiauflage versehen ist, die zwischen der Nutwandung (12) und einem vorzugsweise der Außenkontur der Halteschiene (4) angepaßten Schutzprofil (13) angeordnet ist, wodurch eine elastische Preßpassung zwischen Halteelement (5) und Halteschiene (4) ausgebildet ist.

14. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsnut (10) ganz oder teilweise in Längsrichtung mit Spannelementen, insbesondere Druckfedern versehen ist, die zwischen der Nutwandung (12) und einem vorzugsweise der Außenkontur der Halteschiene (5) angepaßten Schutzprofil (13) angeordnet sind, wodurch eine Preßpassung bei Eingriff des Halteelements (5) mit der Halteschiene (4) gegeben ist.

15. Haltevorrichtung nach Anspruch 9 und 12, daß die Nutwandung (12) der Halteelemente (5) einen L-förmigen Querschnitt aufweisen, und daß bei entlasteten Führungsschienen (8′) diese im hinterschnittenen Bereich der Befestigungsnut (10) aufgenommen sind und eine Arretierung senkrecht zur Schienenlängsrichtung bewirkt ist.

16. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspannplatte oder der Werkzeugträger einer Bearbeitungsmaschine als Grundplatte (1) dient, und daß der Trägerrahmen (2) daran befestigbar ist und den Aufnahmebereich (20) für das zu bearbeitende Werkstück (6) umrandet.

17. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) auf einer Montage- oder Bearbeitungspalette ausgebildet ist, insbesondere für die Anwendung in einer automatisierten Montage- oder Bearbeitungsvorrichtung, und daß der Trägerrahmen (2) daran befestigbar ist und den Aufnahmebereich (20) für das zu haltende Werkstück (6) umrandet.

18. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1), der Trägerrahmen (2) , die Halteschienen (4), die Halteelemente (5) und die Formelemente (14) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl oder Aluminium hergestellt sind.

19. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1), der Trägerrahmen (2), die Halteschienen (4), die Halteelemente (5) und die Formelemente (14) oder einzelne Elemente hieraus ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehen, insbesondere die Halteelemente (5) und Formelemente (14) aus verstärkten oder unverstärkten Polyamid oder einem anderen abriebfestem Kunststoff.