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Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen zur Aufnahme von metallischen
Werkstücken Es sind Aufspannvorrichtungen bekannt, die Werkstücke aus Eisen oder
anderen ferromagnetischen Werkstoffen durch magnetische Anziehungskräfte festhalten.
Die Schnelligkeit, mit der das Werkstück festgespannt wird, ist ein großer Vorteil
dieser Vorrichtung. Für Kupfer, Messing, Leichtmetall u. dgl. sind diese Vorrichtungen,
wie es in der Natur der Sache liegt, jedoch nur unter Zwischenschaltung einer eisernen
Platte verwendbar, auf der sie ihrerseits mit irgendwelchen Spannmitteln befestigt
werden. Der Vorteil der magnetischen Aufspan.nvorrichtungen tritt dann aber beim
Aufspannen des eigentlichen Werkstückes nicht mehr in Erscheinung. Um nun eine ebenso
einfache und sichere Aufspannung von Werkstücken aus beliebigem Metall zu ermöglichen,
macht die Erfindung von der elektrostatischen Anziehungskraft Gebrauch, die zwischen
einem metallischen Leiter und einem Halbleiter, wie Schiefer oder Achat, auftritt,
wenn beide dicht. aufeinander liegen und an Spannung angeschlossen werden. Die Aufspannplatte
aus dem Halbleiter wird mit der Werkzeugmaschine mechanisch verbunden und an den
einen Pol der Spannungsduelle angeschlossen, das Werkstück an den anderen, zweckmäßig
geerdeten Pol der Spannungsquelle. Metallenes Werkstück und Halbleiter berühren
sich infolge der immer vorhandenen, wenn auch geringenUnebenheiten der aufei.nanderliegenden
Flächen nur an wenigen Punkten. An diesen erfolgt der Ausgleich der Spannungen in
einem Strom, der wegen des sehr großen Widerstandes an den Übergangsstellen sehr
schwach ist; die Flächenausdehnung dieser Übergangsstellen ist ja sehr gering. Da
nun
sowohl im Stein infolge seines im Verhältnis zu letzteren großen
Querschnittes und des geringen Stromes als auch in der NTetallplatte ke:ri nennenswerter
Spannungsabfall auftritt. liegt nahezu die ganze Spannung an den beiden einander
gegenüberliegenden Flächen der eigentlichen Berührungsstellen. Infolge der kleinen
Entfernungen, die bis herab zu etwa io-7 cm betragen, sind die in dein so gebildeten
Plattenkondensator auftretenden Coulombschen Anziehungskräfte sehr groß, während
die benötigten Ströme verschwindend klein sind.
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Diese Anziehungskraft ist zu berechnen nach der Gleichung
wobei P Anziehungskraft in Kilogramm, L' Spannung in Volt, s Plattenabstand in Zentinieter,
F Fläche der Platte in Ouadratzentimeter.
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Dies-ergibt beispielsweise hei einer Spannung von aoo V und einem
Abstand von i o--7 cm annähernd 18 ooo kg auf jeden Ouadratrnillinieter; es reicht
also aus; -,nenn nur an Bruchteilen von Quadratmillimetern dieser geringe Abstand
erreicht wird. Erforderlichenfalls kann aber auch die Spannung erhöht werden, was
nach dem Coulombschen Anziehungsgesetz eine quadratischeErhöhung der Anziehungskraft
bewirkt; eine Gefährdung des Arbeiters tritt einerseits wegen der Erdung des Werkstückes
und andererseits wegen der sehr geringen möglichen Ströme nicht ein. Je nach der
mechanischen Beschaffenheit der Aüfspannplatte wird sich diese unter der anfänglich
erreichten Anziehungskraft örtlich um geringe Beträge so weit verformen, daß eine
Vergrößerung der sich nahezu berührenden Flächenteile erreicht wird; um dies zti
unterstützen, kann für die Aufspannplatte außer den genannten Stoffen auch Gummi
entsprechend harter Beschaffenlieit verwendet werden, der in bekannter Weise durch
Zusätze den erforderlichen Grad an elektrischer Leitfähigkeit erhalten hat. Auch
ein mit einer .dünnen, halbleitenden Oberflächenschicht versehenes Metall kann verwendet
werden, insbesondere Leichtmetall. Die _4bbildungen zeigen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Schnitt durch die Spannvorrichtung.
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In Abb..i ist i die Spindel einer @Verkzeugmaschine, in deren Planscheibe
-2 unter Zwischenlage einer Isolation 3 die Platte .i aus halbleitendem Werkstoff
befestigt ist. An ihrer Rückseite ist die Platte 4. durch die Leitrmg 5 mit dein
ebenfalls isolierten Schleifring 6 verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, die Halbleiterplatte
4 an der Rückseite zu metallisieren, um den Anschluß zu erleich tern und gleichmäßige
Spannungsverteiluni zu erreichen. Ein federnder Kontakt 7 stell .i;e Verbindung
des auf der' Platte .4 auf. liegenden Werkstückes 8 über die Metallmasse der Planscheibe
2 mit der Spannungsquelle dar. Diese wird an die beiden Bürster 13 und 14 angeschlossen
und kann beispielsweise aus einem Transformator mit Gleichrichter bestehen, wobei
zweckmäßig eine Möglichkeit der Spannungsregelung vorzusehen ist. Zum Werkstückwechsel
wird die Spaniiung mittels eines Schalters abgeschaltet.
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Abb. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung für eine Hobel-
oder Schleifmaschine im Schnitt. Die auf dem Tisch der Werkzeugmaschine zu befestigende
Grundplatte 16 trägt, durch eine Isolation 17 von ihr getrennt, die eigentliche
Spannplatte 18 aus halbleitendem Stoff, auf der das' Werkstück ig aufliegt. Die
Verbindung zwischen Grundplatte 16 und Werkstück i9 wird durch den federnden Kontakt
22 hergestellt. Die Spannungsquelle wird an die beiden Leitungen 23 angeschlossen.
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Die Stromzuleitung zum Werkstück wird jeweils dessen Form angepaßt
werden müssen; man kann dazu die Kontakte 7 bzw. 22 auswechselbar und an verschiedenen
Stellen der Spannvorrichtung anbringbar ausführen oder in anderen Fällen ein biegsames
Kabel o. dgl. verwenden. Voraussetzung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
ist eine vorherige genaue Bearbeitung derjenigen Fläche des Werkstückes, die mit
der zweckmäßig polierten Oberfläche der Spannplatte aus halbleitendem Stoff in Berührung
kommt. Hingegen ist es nicht notwendig, daß diese Berührungsflächen groß sind, da
ja eine genaue Auflage großer Flächen doch nie zu erzielen ist und die je Flächeneinheit
wirkende Kraft auch bei nicht allzu hohen Spannungen schon, recht groß ist.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung ist auch für
solche Werkstücke vorteilhaft, die aus ferromagnetischern Werkstoff bestehen und
daher auch auf einer magnetischen Aufspannvorrichtung bearbeitet werden könnten.
Im Gegensatz zu einer solchen wird nämlich eine Magnetisierung des Werkstückes vermieden,
die meist unerwünscht ist und daher durch eine eigene Entmagnetisierungsvorrichtung
wieder beseitigt werden muß.