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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Techniken, die im Zusammenhang
mit mechanischer Bearbeitung zu sehen sind.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung, gemäß einem ihrer Aspekte, eine
Vorrichtung zum Klemmen eines Bauteils an einem Gerät, die einen Stellantrieb
und ein Klemmteil umfasst, wobei der Stellantrieb selektiv durch
ein unter Druck stehendes Fluid betätigt werden kann und einen
Körper,
der bei Betrieb an dem Gerät
befestigt ist, sowie einen in Bezug auf den Körper beweglichen Schaft umfasst,
wobei das Klemmteil gelenkig um eine Drehachse an dem Schaft angebracht
ist und selektiv durch den Schaft bewegt werden kann, wobei das
Klemmteil sich auf einem bestimmten Weg zwischen der Klemmposition
und der Freigabeposition verschiebt und zumindest über einen
Teil des Weges eine Rotation erfährt.
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Klemmvorrichtungen
sind in mechanischen Konstruktionen gut bekannt.
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In
ihrer ältesten
und einfachsten Ausführung verwenden
diese Vorrichtungen Spindelhubgetriebe, die wie ein Schraubstock
funktionieren, wobei diese Vorrichtungen den heute grundlegenden
Fehler haben, eine beträchtlich
lange Betätigungszeit
zu fordern.
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In
den neueren Klemmvorrichtungen, die hydraulische oder pneumatische
Stellantriebe verwenden, wird das Klemmteil dem zu klemmenden Bauteil zugeführt und
an diesem durch einfache Rotation des Klemmteils um seine Drehachse
angebracht.
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Obwohl
sie schnell angetrieben werden könnten,
weisen diese Vorrichtungen doch einige Fehler auf.
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So
kann vor allem die Rotation des Klemmteils den Effekt haben, dass
das zu klemmende Bauteil wegrutscht oder verformt wird.
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In
Betracht der relativ großen
Entfernung zwischen seiner Drehachse und seiner Lagerung an das
festzuklemmende Bauteil kann das Klemmteil selbst abknicken, was
eine inakzeptable Ungenauigkeit des Klemmvorgangs zur Folge hätte.
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Außerdem ist
das Anzugsmoment so groß, dass
die bekannten Vorrichtungen dieser Art überdimensioniert werden müssen.
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In
diesem Zusammenhang hat die Erfindung die Hauptaufgabe, eine kompakte,
schnelle, einziehbare, leistungsfähige Klemmvorrichtung ohne
die vorstehend erwähnten
Nachteile bereitzustellen.
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Zu
diesem Zweck ist die Vorrichtung der Erfindung, im Übrigen in Übereinstimmung
mit der allgemeinen Definition des oben stehenden Anspruchoberbegriffs
im Wesentlichen dadurch gebildet, dass sie Führungsorgane und Stützelemente
umfasst, dass die Führungsorgane
ein relativ zum Körper
ortsfestes Führungsorgan
und ein bewegliches, mit dem Klemmteil verbundenes Führungsorgan
umfassen, wobei das ortsfeste und das bewegliche Führungsorgan
zusammenwirken, um das Klemmteil gemäß einer Rotationsbewegung um
die Drehachse zumindest am Ende seines Weges in Richtung Freigabeposition
und gemäß einer
Translationsbewegung zumindest am Ende seines Weges in Richtung
Klemmposition zu bewegen, und dass die Stützelemente ein relativ zum
Körper
ortsfestes Stützelement
und ein bewegliches, mit dem Klemmteil verbundenes Stützelement
umfassen, wobei das ortsfeste und das bewegliche Stützelement
mindestens am Ende des Weges des Klemmteils in Richtung seiner Klemmposition
selektiv zusammenwirken, um gegenseitig in Abstand zu den Führungsorganen
einen zur Translationsbewegung des Klemmteils parallelen Gleitkontakt bereitzustellen,
und ein Verklemmen des Klemmteils an dem zu klemmenden Bauteil zu
ermöglichen.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Schaft entlang einer Translationsachse, die zwischen
den Führungsorganen
und den Stützelementen
hindurchgeht, wobei diese Anordnung einen Ausgleich der Klemmkräfte und
eine sehr wirksame Selbstblockierung des Klemmteils ermöglicht.
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Das
bewegliche Führungsorgan
besteht beispielsweise aus einer aus zwei Nuten gebildeten Nocke,
wobei die Nuten symmetrisch auf beiden Seiten einer Mittelebene
des Klemmteils quer zur Drehachse in dem Klemmteil angebracht sind.
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Jede
Nut stellt vorteilhafterweise eine Bahn dar, deren erstes und zweites
Ende jeweils relativ entfernt und relativ nah der Drehachse sind,
wobei sich die Bahn ständig
der Drehachse von ihrem ersten Ende in Richtung ihres zweiten Endes
annähert und
einen geradlinigen Bahnabschnitt, der an dem ersten Ende endet,
und einen gekrümmten
Bahnabschnitt umfasst, der an den geradlinigen Bahnabschnitt angrenzt
und an dem zweiten Ende endet.
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Aufgrund
dieser Anordnung ist das Klemmteil vollständig automatisch einziehbar.
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Das
ortsfeste Führungsorgan
kann nun durch ein Paar von Ansätzen
oder Rollen gebildet sein, die am Körper des Stellantriebs befestigt
sind und jeweils mit den die Nocke bildenden Nuten in Eingriff stehen.
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Das
bewegliche Stützelement
besteht beispielsweise aus einem Stützabsatz, der durch das Klemmteil
getragen wird und sich symmetrisch auf beiden Seiten der Mittelebene
des Klemmteils und des Schaftes quer zur Drehachse erstreckt, das
ortsfeste Stützelement
besteht seinerseits aus einer Stützfläche des
Körpers
des Stellantriebs, auf die sich der Stützabsatz symmetrisch zur besagten
Mittelebene abstützt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist der Stellantrieb ein doppeltwirkender Stellantrieb,
beispielsweise hydraulisch, der eine erste und eine zweite Kammer
umfasst, die voneinander durch einen Kolben getrennt sind, der einstückig mit dem
Schaft ausgebildet ist, wobei das Klemmteil von seiner Freigabeposition
in seine Klemmposition durch Einlass von Fluid unter Druck in die
erste Kammer des Stellantriebs bewegt wird und von seiner Klemmposition
in seine Freigabeposition durch Einlass von Fluid unter Druck in
die zweite Kammer des Stellantriebs bewegt wird.
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Im
Fall, dass der Schaft aus dem Stellantrieb auf Seite der ersten
Kammer austritt, können
das ortsfeste Führungsorgan
und das ortsfeste Stützelement
durch einen Teil des Körpers
des Stellantriebs getragen werden, der als Abdeckung angepasst ist, wobei
das Klemmteil in seine Mittelebene zwischen zwei parallelen Flächen gegenüber dem
die Abdeckung bildenden Teil geführt
wird.
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Demgegenüber ist
im Fall, dass der Schaft auf der Seite der zweiten Kammer aus dem
Stellantrieb austritt, das Klemmteil beispielsweise als Abdeckung
angepasst und dieses schließt
den Körper
des Stellantriebs ein, der es in seiner Mittelebene führt.
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In
beiden Fällen
ist jeder Ansatz oder jede Rolle vorteilhafterweise über einer
die Drehachse umfassenden Ebene quer zum Schaft in einer Richtung
angeordnet, die der Bewegung entspricht, die der Schaft ausführt, um
das Klemmteil in seine Freigabeposition zu bewegen.
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Um
das Klemmteil vollständig
verschwinden lassen zu können,
ist vorgesehen, dass das Klemmteil eine Drehung von mindestens 90° zwischen
seiner Klemmposition und seiner Freigabeposition durchführt.
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Die
Erfindung betrifft desgleichen, gemäß einem zweiten ihrer Aspekte,
ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung, wie sie vorstehend
beschrieben wurde, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, dass es einen Arbeitsschritt umfasst, der aus der Messung des
Drucks des Betätigungsfluids, das
in die Vorrichtung eingelassen wird, und der Kontrolle der Position
des Klemmteils und/oder der Klemmkraft durch Überprüfung des gemessenen Druckwerts
besteht.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich klar aus der nachfolgenden
Beschreibung, die der Information dient und in keiner Weise einschränkend ist,
anhand der beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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die 1 und 2 perspektivische
Ansichten einer Klemmvorrichtung entsprechend einer ersten Ausführung der
Erfindung darstellen, wobei sich das Klemmteil in Klemmposition
befindet;
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die 3 eine
perspektivische Ansicht einer Klemmvorrichtung entsprechend einer
zweiten Ausführung
der Erfindung darstellt, wobei sich das Klemmteil in Klemmposition
befindet;
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die 4 einen
Teilausschnitt der in 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt, wobei sich aber das Klemmteil in Freigabeposition
befindet, der Ausschnitt folgt dabei einer Ebene, die parallel zur Mittelebene
der Vorrichtung verläuft;
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die 5 einen
Schnitt der in 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt, der der Mittelebene dieser Vorrichtung folgt;
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die 6 einen
Schnitt der in 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt, die durch eine Tragkonstruktion vervollständigt wurde,
die zum einen den Fluidverteiler bildet und zum anderen die Vorrichtung
als Träger
in das Gerät
integriert, wobei der Schnitt der Mittelebene der Vorrichtung folgt;
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die 7 eine
Draufsicht der in 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt;
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die 8 eine
Teilseitenansicht der in 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt;
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die 9 eine
Seitenansicht der in 3 gezeigten Vorrichtung darstellt;
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die 10 eine
Vorderansicht der in 3 gezeigten Vorrichtung darstellt;
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die 11 eine
Seitenansicht der in 3 gezeigten Vorrichtung darstellt,
wobei sich das Klemmteil aber in Freigabeposition befindet; und
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die 12 einen
Schnitt der in 3 gezeigten Vorrichtung darstellt,
der der Mittelebene der Vorrichtung folgt.
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Wie
vorstehend erläutert
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, um ein Bauteil P an ein
Gerät zur
Bearbeitung zu klemmen, wobei diese Vorrichtung im Wesentlichen
einen Stellantrieb 1 und ein Klemmteil 2 umfasst.
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Der
Stellantrieb 1 besteht beispielsweise aus einem doppeltwirkenden
hydraulischen Stellantrieb und umfasst einen Körper 10, der bei Betrieb
an dem in einem Bearbeitungszentrum vorhandenen Gerät befestigt
ist, und einen in Bezug auf den Körper 10 dieses Stellantriebs
beweglichen Schaft 11.
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Der
Körper 10 des
Stellantriebs weist eine Bohrung auf, in der ein Kolben 12,
der einstückig
mit dem Schaft 11 ausgebildet ist, zwei komplementäre Kammern 101 und 102 unterschiedlichen
Volumens voneinander trennt, die nach außen entsprechende Öffnungen 101p und 102p aufweisen,
von denen jede mit einer Hydraulikquelle hohen Drucks verbunden
sein kann, während
die andere mit einem Behälter
niedrigen Drucks verbunden ist.
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Das
Klemmteil 2, das an dem Schaft 11 gelenkig um
eine Drehachse X angebracht ist, wird beliebig durch den Schaft 11 bewegt,
der selbst durch den Kolben 12 bewegt wird.
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Das
Klemmteil 2 verschiebt sich so auf einem bestimmten Weg
zwischen der Klemmposition, die beispielsweise in den 1 bis 3 gezeigt wird,
und der Freigabeposition, die in 4 für die erste
Ausführungsvariante
gezeigt wird und in 11 für die zweite Ausführungsvariante.
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Unter
diesen Bedingungen wird das Klemmteil 2 durch Einlass von
Fluid unter Druck in die erste Kammer 101 des Stellantriebs 1 aus
seiner Freigabeposition in seine Klemmposition bewegt und es wird durch
Einlass von Fluid unter Druck in die zweite Kammer 102 des
Stellantriebs 1 aus seiner Klemmposition in seine Freigabeposition
bewegt.
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Die
Vorrichtung der Erfindung zieht seine wesentlichen Vorteile daraus,
dass sie die Führungsorgane 3 und
die Stützelemente 4 umfasst,
wobei die Führungsorgane 3 ein
relativ zum Körper 10 ortsfestes
Führungsorgan
und ein bewegliches, mit dem Klemmteil 2 verbundenes Führungsorgan
umfassen und die Stützelemente 4 desgleichen
ein relativ zum Körper 10 ortsfestes
Stützelement
und ein bewegliches, mit dem Klemmteil 2 verbundenes Stützelement
umfassen.
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Die
ortsfesten und beweglichen Führungsorgane 31 und 32 wirken
zusammen, um das Klemmteil 2 gemäß einer Rotationsbewegung um
die Drehachse X mindestens am Ende seines Weges in Richtung der
Freigabeposition sowie gemäß einer
Translationsbewegung mindestens am Ende seines Weges in Richtung
der Klemmposition zu bewegen.
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Die
ortsfesten und beweglichen Stützelemente 41 und 42 wirken
ihrerseits mindestens am Ende des Weges des Klemmteils 2 in
Richtung seiner Klemmposition zusammen, um gegenseitig in Abstand
zu den Führungsorganen 3 einen
zur Translationsbewegung des Klemmteils 2 parallelen Gleitkontakt
bereitzustellen und ein Verklemmen des Klemmteils 2 an
dem zu klemmenden Bauteil P zu ermöglichen.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung erstreckt sich der Schaft 11 vorzugsweise
entlang einer Translationsachse Z, die zwischen den Führungsorganen 3 und
den Stützelementen 4 hindurchgeht.
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In
beiden dargestellten Ausführungsvarianten
besteht das bewegliche Führungsorgan 32 aus einer
aus zwei Nuten, wie 32a, gebildeten Nocke, wobei die Nuten
im Klemmteil 2 symmetrisch auf beiden Seiten einer Mittelebene
M der Vorrichtung angebracht sind, wobei sich diese Mittelebene
M quer zur Drehachse X befindet und eine Symmetrieebene für das Klemmteil 2 und
den Schaft 11 bildet.
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Außer der
Nut 32a umfasst das Klemmteil 2 eine Nut 32b,
die auf den Zeichnungen nicht sichtbar ist, sich aber symmetrisch
zur Ebene M von der Nut 32a herleiten lässt.
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Jede
Nut 32a und 32b stellt eine Bahn dar, die sich
ständig
der Drehachse X von ihrem ersten Ende 321 in Richtung ihres
zweiten Endes 322 annähert.
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Wie
die 4, 9, und 11 zeigen, umfasst
diese Bahn einen geradlinigen Bahnabschnitt 320r, der am
ersten Ende 321 endet, und einen gekrümmten Bahnabschnitt 320c,
der an den geradlinigen Bahnabschnitt 320r angrenzt und
am zweiten Ende 322 endet.
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Das
ortsfeste Führungsorgan 31 wird
durch ein Paar von Ansätzen
oder Rollen, wie 31a, gebildet, die an dem Körper 10 des
Stellantriebs 1 befestigt sind und jeweils mit den die
Nocke bildenden Nuten in Eingriff stehen.
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Außer dem
Ansatz oder der Rolle 31a, die mit der Nut 32a in
Eingriff steht, weist der Körper 10 noch
einen Ansatz oder eine Rolle 31b auf, die mit der Nut 32b in
Eingriff steht, und die auf den Zeichnungen nicht sichtbar ist,
sich aber symmetrisch zur Ebene M von dem Ansatz oder der Rolle 31a herleiten
lässt.
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Wie
in den 4 und 11 gezeigt, ist jeder Ansatz
oder jede Rolle wie 31a über einer die Drehachse X umfassende
Ebene T quer zu dem Schaft 11 in einer Richtung angeordnet,
die der Bewegung entspricht, die der Schaft 11 ausführt, um das
Klemmteil 2 in seine Freigabeposition zu bewegen.
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Das
bewegliche Stützelement 42 besteht aus
einem Stützabsatz,
der durch das Klemmteil 2 getragen wird und sich symmetrisch
auf beiden Seiten der Mittelebene M der Vorrichtung erstreckt.
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Das
ortsfeste Stützelement 41 besteht
seinerseits aus einer externen Stützfläche des Körpers 10 des Stellantriebs 1,
auf welche sich der Stützabsatz 42 symmetrisch
in Bezug auf die Mittelebene M abstützt.
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In
der ersten Ausführungsvariante
der Erfindung, dargestellt in den 1, 2 und 4 bis 8,
tritt der Schaft 11 aus dem Stellantrieb 1 auf Seite
der ersten Kammer 101 aus.
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In
diesem Fall werden das ortsfeste Führungsorgan 31 und
das ortsfeste Stützelement 41 vorteilhafterweise
durch einen Teil 100 des Körpers 10 des Stellantriebs
getragen, der als Abdeckung angepasst ist, wobei das Klemmteil 2 nun
in seiner Mittelebene M zwischen zwei parallelen, gegenüberliegenden
Flächen 100a und 100b,
die zu dem die Abdeckung bildenden Teil 100 gehören, geführt wird.
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Diese
Ausführungsvariante
erlaubt eine beträchtliche
Drehung des Klemmteils 2 zwischen seiner Klemmposition
und seiner Freigabeposition, typischerweise eine Drehung mit einer
Spanne gleich oder größer als
90°.
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Außerdem zeigt
die 6, dass der Stellantrieb 1 in diesem
Fall auf eine Tragkonstruktion 5 montiert ist, die an dem
Gerät befestigt
ist und einen Fluidverteiler bildet und die ihrerseits zwei Eintritts- und
Ausgangsöffnungen 101q und 102q für das Fluid umfasst,
die jeweils den Öffnungen 101p und 102p des
Stellantriebs 1 entsprechen.
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In
der zweiten Ausführungsvariante
der Erfindung, dargestellt in den 3 und 9 bis 12,
tritt der Schaft 11 aus dem Stellantrieb 1 auf Seite
der zweiten Kammer 102 aus.
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In
diesem Fall ist vorzugsweise das Klemmteil 2 als Abdeckung
angepasst, wobei das Klemmteil den Körper 10 des Stellantriebs 1 einschließt, der
es in seiner Mittelebene M führt.
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Um
die Betätigung
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung optimal steuern zu können, wird empfohlen
den Druck des Betätigungsfluids,
das in die Vorrichtung eingelassen wird, so zu messen, dass die
Position des Klemmteils und/oder die Klemmkraft durch Überprüfung des
gemessenen Druckwerts kontrolliert werden können.
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Insbesondere
ist es so möglich
vorherzusehen, ob der gemessene Druck einen bestimmten Mindestwert
erreichen oder überschreiten
wird, der typisch ist, damit die Klemmkraft nicht unzureichend ist,
oder ob der gemessene Druck unter einem bestimmten Maximalwert bleibt,
um beispielsweise zu vermeiden, dass die Klemmkraft das zu bearbeitende Bauteil
beschädigt.
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Unter
Berücksichtigung
der Verdichtbarkeit der Luft hat dieses Verfahren überdies
den Vorteil, eine sehr feine Einstellung der Klemmkraft in dem Fall
zu ermöglichen,
in dem das Betätigungsfluid
in komprimierter Luft besteht.