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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Befestigungsvorrichtung zum Abstützen, Einpassen und Halten von Werkstücken auf
Werkzeugmaschinen, insbesondere Maschinen für programmierbare
mehrfache Bearbeitungsvorgänge. EP-A-0003244 offenbart eine
Vorrichtung zum Positionieren und Klammern von in drei
Dimensionen zu bearbeitenden Werkstücken, die Elemente zum
Positionieren und Klammern aufweist mit sphärischen Elementen,
deren jedes eine flache Fläche zum Greifen eines Werkstücks
und einen sphärischen Sitz für jedes sphärische Element
besitzt, wodurch jedes sphärische Element zu begrenzter
Rotationsbewegung in seinem Sitz in der Lage ist.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein räumliches Einpass-
und Arretiersystem für dreidimensionale Werkstücke allgemein,
typischerweise durch Gießen erhaltene halbfertige Werkstücke,
die einem oder mehreren Bearbeitungsvorgängen unterzogen
werden müssen, die spanende und/oder plastische Verformung
beinhalten.
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Ein typisches Beispiel eines dreidimensionalen halbfertigen
Werkstückes, das anschließenden spanenden
Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden soll, ist das Werkstück zum Aufnehmen
von Scheibenbremssätteln für Motorfahrzeuge, kurz als
Bremssattelkörper bezeichnet, auf die sich die vorliegende
Beschreibung bezieht, obwohl offensichtlich ist, daß die
Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist, da die
beschriebene Befestigungsvorrichtung geeignet ist, generell
dreidimensionale Werkstücke mit jeder Art von Profil und
Größe einzupassen und zu halten.
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Es ist bekannt, daß ein in Bezug auf einen räumlichen Satz
von drei senkrechten Achsen eingepasster Körper sechs
Freiheitsgrade in Bezug auf die Einpassachsen besitzt, so daß
seine Arretierung in einer gegebenen Position in Bezug auf
die drei Achsen die Verwendung dreier einfacher Halterungen
beinhaltet, die getrennt oder in Kombination die Bewegungen
und Rotationen des Körpers in Bezug auf den Satz dreier
Achsen eliminieren.
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Gemäß diesem allgemeinen Prinzip werden derzeit
Bremssattelkörper mit sechs Einpassflächen gegossen (oder mindestens
vier Flächen und einer selbstzentrierenden Halterung) für
eine gleiche Anzahl einfacher Lagerelemente, die
gewährleisten können, daß der Körper durch eine Befestigung eingepasst
und gehalten ist, mit der die Werkzeugmaschine ausgerüstet
ist. Zu diesem Zweck ist die Befestigungsvorrichtung zum
Einpassen und Halten, die in jedem Fall gemäß der Form des
Bremssattelkörpers konfiguriert ist, oder allgemein des zu
bearbeitenden dreidimensionalen Werkstücks, derzeit mit einem
System von Positionierungsmitnehmern versehen, die fähig
sind, den Körper durch Kontaktgriff mit den Einpassflächen
einzupassen und mit einem Greifersystem, das fähig ist, den
Körper in der Einpassposition zu arretieren, die durch die
Einpassflächen und durch die Mitnehmer, die mit ihnen
kooperieren, bestimmt ist.
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Diese bekannten Methoden zum Einpassen und Halten von
Werkstücken, wie insbesondere die oben genannten
Bremssattelkörper, weisen zahlreiche Nachteile auf: zum einen beträchtliche
Verkomplizierung der Schalen oder Halbformen zum Gießen der
Körper, die mit den Einpassflächen versehen werden müssen und
gleichzeitig gewährleisten müssen, daß der Körper aus der
Gießform entnommen werden kann, wenn der Guß erfolgt ist, und
zum anderen beträchtliche Komplexität der
Befestigungsvorrichtung zum Einpassen und Halten, bedingt durch das
vorhandene Positionierungsmitnehmersystem und die
Zentrierungsvorrichtungen, falls erforderlich.
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Insbesondere die Komplexität der Einpass- und
Haltebefestigung macht es schwierig, die Befestigung in Bezug auf die
Bearbeitung von dreidimensionalen Körpern unterschiedlicher
Formen zu rekonfigurieren, da es notwendig ist, in jedem Fall
die variablen Teile der Mitnehmer und von selbstzentrierenden
Halterungen, Einpassflächen und Arretierbügeln am zu
bearbeitenden Werkstück einzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diese und andere
schwere Nachteile zu eliminieren, und im Rahmen dieser
allgemeinen Aufgabe hat sie die folgenden besonderen Hauptziele:
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- die Herstellung der Werkstückgußschalen oder -halbformen
deutlich zu vereinfachen, die Anzahl der am Gußkörper
vorzusehenden Einpasselemente zu reduzieren und
insbesondere zu halbieren und gleichzeitig das Entfernen des
Körpers aus der Form nach dem Gießen zu erleichtern,
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- die Kosten zur Wiederherstellung abgenutzter Gußschalen
oder Halbformen zu reduzieren,
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- die Struktur der Einpass- und Haltebefestigung deutlich
zu vereinfachen, insbesondere durch Eliminieren des
Positionierungsmitnehmersystems und damit verbundener
Zentriermittel, und auf diese Weise das Wiederherstellen
der Befestigungen für das Bearbeiten von
dreidimensionalen Körpern unterschiedlicher Formen leichter, schneller
und weniger störend zu machen,
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- eine hochfunktionelle Einpass- und Haltebefestigung zur
Verfügung zu stellen, die wahlweise Automatisierung der
Wiederherstellungsschritte sowie der Beschickung und
Entnahme von Werkstücken ermöglicht, die bearbeitet
werden, und in der Struktur sehr kompakt ist und daher
in der Lage ist, hohe Starrheit der Befestigungen zu
gewährleisten, die zum Bearbeiten des dreidimensionalen
Werkstücks, das in der Befestigung eingepasst und
gehalten ist, verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe sowie
diese und weitere wichtige Ziele gelöst und erreicht durch
eine Befestigungsvorrichtung zum Abstützen, Einpassen und
Halten von Werkstücken im allgemeinen, und Bremssattelkörpern
im besonderen, die die spezifischen Merkmale aufweist, wie
sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.
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Im wesentlichen beruht die Erfindung auf dem Konzept, die
sechs Freiheitsgrade des Werkstücks zu eliminieren in Bezug
auf einen Satz von dreien zum Einpassen, mittels nur dreier
Halte- und Einpasselemente, bevorzugt so strukturiert und
angeordnet, daß das erste das Werkstück in drei
Freiheitsgraden hält, das zweite das Werkstück in zwei Freiheitsgraden
hält und das dritte das Werkstück im verbleibenden
Freiheitsgrad hält.
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Zu diesem Zwecke ist das erste Halteelement bevorzugt durch
ein Kugelgelenk ausgebildet, das durch eine erste Abstützung
mit einem kugelförmigen Kopf gebildet ist, der geeignet ist,
mit einer auf dem einzupassenden und zu arretierenden
Werkstück vorgesehenen kegelstumpfförmigen Kerbe
zusammenzuwirken; das zweite Halteelement ist durch eine zweite Abstützung
mit einem kugelförmigen Kopf ausgebildet, der geeignet ist,
mit einer V-förmigen Kerbe auf dem Körper zusammenzuwirken;
und das dritte Halteelement ist durch eine dritte Abstützung
mit einem Kopf ausgebildet, der wie eine Kugelschale geformt
ist, mit der eine auf dem Werkstück selbst ausgebildete
Kontaktfläche durch einfachen Tangentenkontaktgriff
zusammenwirkt.
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Die an den Spitzen eines Dreiecks, das als Basis wirkt,
angeordneten drei Abstützungen bilden als Granzes auch eine
isostatische Stütze für das Werkstück, das darauf gesetzt ist.
Mindestens ein Arretierbügel, aber bevorzugt ein Satz von
drei Arretierbügeln sind vorgesehen, deren jeder mit Vorteil
durch einen Schwenkarm gebildet ist, der starr mit einer
zugehörigen drehbaren und vertikal beweglichen Lagerbuchse
gekoppelt ist, um das Werkstück an jeder Abstützung in einem
oberen Bereich zu ergreifen und es in Druckkontaktgriff gegen
die Elemente festzuhalten. Die Abstützungen sind von einer
entfernbaren Platte getragen, die das Element bildet, das
wiederhergerichtet werden kann.
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Die Merkmale, Zwecke und Vorteile der erfindungsgemäßen
Befestigungsvorrichtung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen
ersichtlich, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben
sind, worin:
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Fig. 1 eine Frontansicht der Befestigungsvorrichtung in der
Konfiguration zum Arretieren eines Bremssattelkörpers
darstellt, der zum besseren Verständnis in unterbrochenen Linien
gezeigt ist;
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Fig. 2 eine Draufsicht von Fig. 1 darstellt;
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die Fig. 3, 3a und 3b vergrößerte Detailansichten von
Fig. 1 darstellen.
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In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10
allgemein die Befestigungsvorrichtung zum Abstützen, Einpassen und
Halten gemäß der Erfindung und das Bezugszeichen 11
bezeichnet einen Bremssattelkörper, der durch die
Befestigungsvorrichtung 10 ergriffen und gehalten wird, so daß er in einer
oder mehreren Einheiten einer spanenden und/oder plastisch
verformenden Maschine bearbeitet werden kann, beispielsweise
von der Art mit einer Vielzahl von Stationen, die in
bekannter Weise durch eine programmierbare Steuerung (nicht
gezeigt) gesteuert sein kann.
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Die Befestigungsvorrichtung 10 umfaßt eine Grundplatte 12,
die abnehmbar auf einer Stützfläche 13 getragen ist und das
Element der Befestigungsvorrichtung bildet, das
wiederherge
richtet werden kann. Vier drehbare Zapfen 14 (in
gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigt) in Verbindung mit der
Stützfläche 13 ermöglichen es, die Platte 12 in der aktiven
Position zu arretieren oder sie zu lösen und sie zu entfernen, um
sie aufzurüsten oder zu ersetzen.
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Die Platte 12 umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte
Abstützung, die jeweils mit den Bezugszeichen 15, 16 und 17
bezeichnet sind, die im wesentlichen an den Spitzen eines
Dreiecks angeordnet sind, das als Basis dient (Fig. 2).
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Um den Körper 11 in der oben spezifizierten Weise räumlich zu
halten, ist die erste Abstützung 15 so konfiguriert, daß sie
eine Halteelement bildet, das in der Lage ist, drei
Freiheitsgrade des Körpers 11 zu eliminieren und dementsprechend
ist es in der Form eines Kugelgelenks vorgesehen, das durch
einen Kugelkopf 15' gebildet ist, der geeignet ist, mit einer
kegelstumpfförmigen Kerbe 15" zusammenzuwirken, die durch
Gießen auf dem Körper 11 vorgesehen ist (Fig. 3). Die zweite
Abstützung 16 wiederum ist so konfiguriert, daß sie zwei
Freiheitsgrade des Körpers 11 eliminiert und dementsprechend
ist sie mit einem Kugelkopf 16' versehen, der geeignet ist,
mit einer V-förmigen Kerbe 16" zusammenzuwirken, die auch
durch Gießen auf dem Körper 11 vorgesehen ist (Fig. 3a). Die
dritte Abstützung 17 ist so geformt, daß sie den
verbleibenden Freiheitsgrad des Körpers 11 eliminiert und ist
dementsprechend mit einem Kopf 17' versehen, der wie eine
Kugelschale geformt ist und der mit einer Kontaktfläche 17", auch
durch Gießen des Körpers 11 gebildet, durch einfachen
Druckkontaktgriff (Fig. 3b) zusammenwirkt. Die drei Abstützungen
15, 16 und 17, die wie erwähnt an den Spitzen eines
Grunddreiecks angeordnet sind, bilden auch eine isostatische
Abstützung für den Körper 11, der darauf gesetzt wird. Die
vertikale Ausdehnung jeder der Abstützungen 15, 16 und 17 ist
gemäß der Konfiguration des Körpers 11 ausgewählt und gemäß
dem Kriterium zum Erhalt der gewünschten Orientierung des
Körpers 11 in Bezug auf die Anordnung der Stützfläche 13.
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Es ist anzumerken, daß die Kerben 15"-16" und die Fläche 17"
auf derselben Seite des Körpers 11 in Bezug auf die Ebene PG
angeordnet sind, die mit der entsprechenden Ebene der
Halbformen oder Gußschalen zum Gießen des Körpers 11
zusammenfällt (die untere Seite in Fig. 1); gemäß der oben genannten
Aufgabe und Zielen erleichtert dies die Konstruktion der
Gußhalbformen und -schalen und macht es leichter, den Körper 11
nach dem Gießen aus der Form zu entnehmen.
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Ein Satz von drei Arretierbügeln 18, 19 und 20 wirkt mit den
aufrechten Abstützungen zusammen, um den Körper 11 in der
gewünschten Position zu arretieren. Jeder Bügel ist durch einen
Schwenkarm gebildet, der mit einem zugehörigen Gelenk 21, 22
und 23 starr gekoppelt ist, das drehbar und in einer
entsprechenden Lagerbuchse 24, 25 und 26 vertikal beweglich ist,
wobei die Gelenke durch mechanische und/oder hydraulische
Winkel- und Vertikalbewegungselemente (nicht gezeigt)
betätigbar sind, die geeignet sind, jeden Arm aus einer
Freigabeposition (in Fig. 2 in gestrichelten Linien gezeigt) in eine
Position zum Greifen des Körpers 11 zu bewegen. Das Ende
jedes Arms ist bevorzugt mit einer entsprechenden
Kontaktplatte 18', 19' und 20' versehen, die auf den Arm aufgebracht
oder damit einstückig ist. Die Platten sind geeignet, durch
Druckkontaktgriff mit entsprechenden Stütz- und Einpassebenen
18", 19" und 20" zusammenzuwirken, die durch Gießen auf dem
Körper 11 ausgebildet sind, im wesentlichen mit den
Abstützungen 15, 16 und 17 ausgerichtet.
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Die Befestigungsvorrichtung 10 wird wiederhergestellt durch
Ersetzen der Grundplatte 12 gegen eine andere, die mit
Abstützungen versehen ist, die anders angeordnet sind und/oder
eine andere axiale Ausdehnung aufweisen und für die andere
Konfiguration des zu bearbeitenden Körpers 11 geeignet sind,
und zum selben Zwecke und wenn es nötig ist durch Ersetzen
des Satzes von drei Arretierbügeln gegen einen anderen Satz
mit einem anderen Profil und/oder anderer Ausdehnung.
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Die Einzelheiten der Ausführung und die Ausführungsformen
können im Hinblick auf die Beschreibung und das nicht
einschränkende Beispiel selbstverständlich ausgiebig verändert
werden, ohne das Konzept der Erfindung zu ändern und ohne
dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die
beigefügten Ansprüche definiert ist, worin die Bezugszeichen
nur zum Zwecke der besseren Verständlichkeit eingeführt sind.
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Wo in einem Anspruch genannte technische Merkmale von einem
Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen einzig
zum Zwecke der Verbesserung der Verständlichkeit der
Ansprüche eingesetzt und dementsprechend besitzen diese
Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf die Interpretation
eines derart als Beispiel durch solche Bezugszeichen
identifizierten Elements.