WO2022069631A1 - Clamping system for clamping a workpiece - Google Patents

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WO2022069631A1
WO2022069631A1 PCT/EP2021/076944 EP2021076944W WO2022069631A1 WO 2022069631 A1 WO2022069631 A1 WO 2022069631A1 EP 2021076944 W EP2021076944 W EP 2021076944W WO 2022069631 A1 WO2022069631 A1 WO 2022069631A1
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WO
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clamping
workpiece
actuator
clamping system
data
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/076944
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann Püttmer
Original Assignee
RIVA GmbH Engineering
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B25B1/241—Construction of the jaws characterised by surface features or material
    • B25B1/2415—Construction of the jaws characterised by surface features or material being composed of a plurality of parts adapting to the shape of the workpiece
    • B25B1/2421—Construction of the jaws characterised by surface features or material being composed of a plurality of parts adapting to the shape of the workpiece the parts having a linear movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/062—Work-clamping means adapted for holding workpieces having a special form or being made from a special material
    • B23Q3/064—Work-clamping means adapted for holding workpieces having a special form or being made from a special material for holding elongated workpieces, e.g. pipes, bars or profiles

Definitions

  • the present invention relates to a clamping system for clamping a workpiece of any shape, in particular for clamping a workpiece for milling or turning.
  • DE 42 39 180 A1 discloses a clamping device with a shaped clamping jaw.
  • the clamping device has a multiplicity of elongate clamping rams which can be displaced longitudinally and can be applied against any desired contour of a workpiece as the clamping side.
  • DE 7114487 U discloses a magnetic clamping device.
  • the clamping device perceives clamping by means of ferromagnetic particles placed in a container.
  • a largely freely formed workpiece can be placed and the magnetic particles by applying a magnetic field to this workpiece.
  • US Pat. No. 1,0,730,641 B2 discloses a system for manufacturing fuselage sections.
  • shapes of the fuselage sections can be changed into desired shapes by exerting forces, so that the first fuselage section can be connected to the second fuselage section in a form-adapted manner.
  • a difference between the actual shapes and the desired shapes of the first or second fuselage section can be determined by a metrology device of the system.
  • Forces to produce the desired shape changes are to be identified by a control device.
  • the first fuselage section may be supported by a support structure of a first mold stand.
  • actuators are also arranged in the first frame, with a motor and a directionally movable element being arranged in the actuator.
  • This fuselage section is held in place by a fixed and non-adjustable support structure.
  • the actuators are used to exert the deformation forces.
  • US Pat. No. 1,0,730,641 B2 does not explain whether the actuators can become detached and move during a deformation process of the fuselage section. Also, since the actuators do not serve as clamping surfaces, the actuators cannot extend and retract at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force.
  • DE 698 38 588 T2 shows a computer-controlled pin module arrangement that is used to form sheet materials, for example.
  • the pin module assembly includes at least one base and a plurality of pins attached to the base.
  • the pins are connected to drive motors, each drive motor being provided with a controller.
  • the pins can thus be moved relative to one another by controlling the drive motors. In this way, rapid changes in the contours of the materials can be made possible.
  • the pin module arrangement in DE 698 38 588 T2 is also a pure contour processing device, ie not a clamping device, with the pins being able to exert deformation forces.
  • DE 197 55 517 C1 shows clamping jaws for a clamping device for clamping workpieces. the move. Clamping sides of the clamping jaws are formed by a plurality of clamping rams, which can be movably guided relative to a base body of the clamping jaws. The clamping rams are releasably fixed together in their clamping position relative to the base body by a single adjustment process of a locking device. The clamping jaws are adjusted to the geometry of a specific workpiece. This means that only any number of identical workpieces can be kept for processing in series production. In order to pick up a workpiece with a different geometry, the locking device is first released and the clamping rams are adapted to a workpiece contour.
  • DE 20 2004 002 982 U1 shows a toggle lever clamping device for use in body construction in the automotive industry, which has a pivotable clamping arm and a clamping head. Individual clamping bodies are arranged in the clamping arm, which can be displaced by a lifting movement of a piston.
  • DE 20 2004 002 982 U1 does not disclose a clamping device with clamping surfaces that can be freely adjusted during machining of a workpiece.
  • the object of the present invention is therefore to provide a modular clamping system strike, which avoids the disadvantages of the prior art, to simplify a manufacturing process and maintenance, to allow high flexibility and to easily retrofit an existing machine.
  • the clamping system includes:
  • At least one acquisition device for acquiring data of the workpiece, in particular data relating to the workpiece positions, workpiece positions and deformation states of the workpiece,
  • At least one clamping device comprising, in particular, a plurality of clamping surfaces, the clamping device comprising at least one actuator device which moves the clamping surface or clamping surfaces along an actuator guide in a displacement direction relative to a basic device of the clamping device so that it can be moved and placed against the contour of the workpiece to be clamped can, wherein the actuator device can move in and out at variable speed depending on a clamping length and a clamping force,
  • At least one control device which can move and lock the actuator device of the clamping device in any desired position, with the actuator device being able to remain active during machining of the workpiece, and
  • At least one data processing device for controlling a position of the actuator device on the basis of the data from the detection device, wherein the data processing device is wired or wirelessly connected to the control device.
  • the clamping system can be used to clamp a workpiece of any shape.
  • the clamping system is designed to be as independent as possible of the geometry of a workpiece that is usually to be machined by milling and turning.
  • the clamping system can advantageously be used in metal or wood processing, for example in the production of high-quality facade elements or turbine blades.
  • the clamping system is so flexible that existing old systems can also be upgraded with it.
  • the clamping system according to the invention makes it possible for a workpiece of any shape to be clamped by means of the clamping system for milling or turning.
  • the clamping system is designed to be as independent as possible of the geometry of a workpiece to be machined.
  • a user can attach actuator devices of the clamping system to almost freely selectable positions.
  • the actuator device can be retracted and extended at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force, so that the energy consumption of the electric motors assigned to the actuator devices can be optimized and reduced.
  • the actuator devices remain active while a workpiece is being machined, i.e. are not mechanically locked in the conventional manner.
  • At least one actuator device in particular at least one pair of actuator devices, to be released during processing in order to assume a new position. This enables machining at the points that were previously covered by the clamping device, and at the same time the workpiece is held securely at all times.
  • each user can either manually drill holes in metal plates or housings or automatically via a magnetic contact between the Attach actuator devices and a clamping carriage to the actuator devices of the clamping system.
  • a user can attach the actuator devices to almost freely selectable positions and, controlled manually or automatically, assemble a modular clamping system that is adapted to the respective machining situation.
  • the magnetic mounting of the clamping devices also makes it possible to first attach the clamping device to the workpiece to be clamped, to move it into a processing machine, and then to extend the actuator devices under central control in order to anchor them in the clamping carriage of the processing machine.
  • the clamping device comprises at least one basic device and at least one, in particular several actuator devices, the clamping surfaces of which can move so that they can be placed against the contour of the workpiece to be clamped. This allows the clamping surfaces to be shifted relative to the basic equipment and the workpiece to be held in a fixed position.
  • the actuator devices can be moved along the actuator guide and can be fixed by a locking device.
  • the actuator devices are elongate, which preferably move along a vertical axis of a guide pin, a cylinder, a screw, an elongated thread or along a sleeve, which may have a thread.
  • the clamping system acts on the workpiece at several positions by means of the actuator devices.
  • Each actuator device includes a movable unit that can be moved in and out either independently or under external control.
  • the actuator devices can be formed from one or more electrically actuated stamps mounted close together or individually.
  • the workpiece can then be machined or milled using a machining tool.
  • the actuator device can be moved in and out at a variable speed depending on the clamping length and the clamping force.
  • control device can, depending on the data recorded by the recording device in conjunction with the CAD data stored in the clamping system Data control the actuator devices. It is advantageous that the actuator devices remain active during processing, ie are not mechanically locked in a conventional manner. It is also possible for at least one pair of actuator devices to be released during processing in order to assume a new position. This enables machining at the points that were previously covered by the clamping device, and at the same time the workpiece is held securely at all times. Furthermore, the actuator devices can be fastened either in the prefabricated clamping carriage or individually in subsequent bores.
  • the data processing device controls the actuator devices centrally or decentrally.
  • a combination of the control signals is advantageously possible, so that the actuator devices can exchange data with one another and/or with the central data processing device, with the data processing device being able to control positions of each individual actuator device by wire, for example via an electrical connection, or wirelessly.
  • the actuator device can comprise at least one base unit and at least one attachment unit that can be attached to the base unit in an exchangeable manner and can be screwed onto the base unit, with an end section of the attachment unit preferably having the shape of a cuboid, a cylinder, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. and includes the clamping surface.
  • the end section of the attachment unit can be provided with different geometries.
  • the end section can have a round, crowned, pointed or planar geometry.
  • Sensors of various types, such as force sensors or contact sensors can be located on a surface of the actuator device, in particular on an end section.
  • an attachable cap made of different materials can be attached to protect the sensors and the workpiece.
  • the actuator device preferably the end area, in particular an attachable cap, can be coated with a material that allows detection that can be carried out by the control device, in particular optical detection, wherein the material can reflect specific wavelengths of an electromagnetic spectrum.
  • the detection device can include at least one sensor for detecting the data of the workpiece.
  • the data may include workpiece position data, workpiece location data, and deformation state data, as desired.
  • An electrical sensor can be provided as a sensor of the detection device for detecting voltages and currents.
  • a chemical sensor can be arranged, which can react selectively to a compound or classes of compounds, which also include "electronic noses".
  • the senor can be embodied as a pressure sensor, force measurement sensor, yaw rate sensor, acceleration sensor, gas and moisture measurement sensor, temperature sensor and/or contact sensor.
  • the gas measurement sensor can be arranged to acquire data of, for example, oxygen and hydrogen.
  • the detection device can be integrated in the actuator device, in particular in the attachment unit.
  • the sensors that are contained in the detection device can advantageously be arranged in a space-saving manner in the attachment unit.
  • the attachment unit is advantageously exchangeable.
  • the screw-on attachment unit is used either as a pure extension or to contain additional functions such as sensors, power supply devices, electronics, communication electronics or identification features such as RFID chips or color coding. Functionality or operational capability can be added or removed quickly and easily by simply changing the screw-on attachment unit.
  • the detection device can include at least one camera. This means that an optical check and image evaluation can be carried out, and every work step can also be logged in accordance with Industry 4.0.
  • the detection device can include at least one transmission device for actively and/or passively transmitting the data of the workpiece to the data processing device, with the transmission device being configured as a wired or wireless transmission device.
  • development device in particular a radio, WLAN or RFID transmission device.
  • the actuator device with a wireless connection option can include at least one unit for receiving, and optionally a further additional unit for sending control signals for controlling an electric motor and for transmitting the data from the sensors.
  • the control signals can be transmitted via interfaces such as Bluetooth, WLAN, radio signals or NFC technology.
  • the actuator device can optionally also be equipped with the sensors and the electronics, with the sensors preferably being able to record parameters for the workpiece processing and for the voltages.
  • the actuator device can be designed as a clamping ram, with at least one detection device preferably being included in the clamping ram.
  • the clamping ram can preferably consist of a metal, in particular steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy.
  • the clamping ram can be made of different materials, preferably a combination of a plastic and a metal.
  • the clamping ram can be round or square.
  • the clamping ram preferably has a cuboid shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. Mixed shapes and smooth transitions of different cross-sectional shapes are also possible. It is conceivable, for example, that the sensors, the energy suppliers, the color markings or the RFID units can be attached to or in the clamping ram.
  • the clamping surface of the actuator device can have a diameter of a few millimeters up to one meter. Basically there is no size limit. However, in the case of sizes of less than 8 mm in diameter, fastening an energy receiving, transmitting, driving and sensor unit is expensive.
  • the actuator device can be constructed with a diameter of up to 3 mm. As a rule, the actuator device is designed with a diameter of 8 mm to 2 cm.
  • the clamping surfaces of the at least one, in particular several actuator devices can be arranged close to one another, in particular the distances between the clamping surfaces can be smaller than the diameter of the clamping surfaces. With this, it is possible to precisely clamp the workpiece of any shape.
  • the clamping device can be used outside of clamping tools, in particular as a holding device, for load securing. It is conceivable to use the modular clamping system in transport vehicles, freight trains, trucks or the like for transport security.
  • the clamping device can be fastened to a prefabricated clamping carriage, to a clamping jaw and/or directly to a workpiece to be clamped and to a further support point by means of magnetic force or adhesive force. It can thus be advantageously achieved that no drilling is required in the clamping slide for the actuator guide.
  • the magnetic force can be applied permanently magnetically or by means of electromagnets. A current of the electromagnets can be adjusted adaptively depending on an applied clamping force.
  • Tensioning can advantageously be effected by a lifting movement of a tensioning carriage and an additional movement of one or the plurality of actuator devices.
  • At least one force control unit can be included in the actuator device, so that a predefined holding force of the actuator device can be defined and adapted to a force occurring as a result of the machining of the workpiece.
  • the opposing clamping devices can be controlled during processing in such a way as to adapt the holding forces of the actuator devices to the forces occurring during processing, so that deformation, in particular bending of the workpiece can be prevented.
  • At least one electric motor in particular an electric motor and/or at least an energy source for driving the electric motor and/or at least one signal receiver.
  • the signal receiver can either be integrated in the actuator device or supply one or more actuator devices with current on site. If the latter is the case, there is again an energy transmission connection from the signal receiver to the respective actuator device. This can be done, for example, via a cable, an electrically conductive path, or via an induction interface.
  • the energy source can be connected to the electric motor by wire or wirelessly, preferably via radio technology.
  • a transmitter or transmitter can emit the energy in the form of radio waves with a frequency, for example, between 5.850 and 5.875 GHz in the giga-heart band (GHz).
  • the signal receiver can convert the energy into electrical energy.
  • the energy can be transmitted up to 10 W in relation to the signal receiver.
  • the transmission technology can achieve a range of up to 100 m, preferably 50 m, in particular 2 to 10 m from the transmitter to the signal receiver.
  • At least one primary or secondary electrochemical battery and/or at least one fuel cell and/or at least one capacitor and/or at least one induction coil and/or at least one cable connection can be included in the energy source.
  • the energy can be used to drive the electric motor and power the electronics and sensors.
  • Examples of primary and secondary energy cells are batteries, lithium batteries, zinc-air batteries, fuel cells, in particular fuel cells that use methanol, ethanol, formaldehyde, formic acid, paraformaldehyde or oxymethylene derivatives, so-called OME such as dimethoxymethane or polyoxymethylene derivatives such as the plastic POM.
  • OME dimethoxymethane
  • polyoxymethylene derivatives such as the plastic POM.
  • a direct methanol fuel cell delivers a small current and uses it to charge a secondary energy storage device such as a lithium battery or a capacitor.
  • the energy suppliers for the actuating drive of the actuator device and for the sensors and the controller can be different from one another.
  • the sensor system and the data transmission device can be supplied with energy via the radio technology described above, while the actuating drive and the locking can take place via the energy suppliers described above. Based on this, there is the advantage of a large reduction in redundancy, in particular there is the possibility of using sensors close to an end section of the actuator device.
  • the signal receiver can either be integrated into each actuator device or be arranged separately from the actuator device.
  • a lifting movement of the actuator device can take place mechanically/hydraulically and/or pneumatically and/or electrically.
  • a pressure intensifier or an electric drive with a ball roller spindle can also be used.
  • the linear slide can consist of a moveable housing and two fixed traverses.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of arrangements of a plurality of clamping devices of a clamping system according to an embodiment, which clamp a workpiece;
  • FIG. 2 shows a perspective view of a clamping device shown in FIG. 1 on an enlarged scale
  • FIG. 3 shows a perspective view of two opposing clamping devices of the clamping system of FIG. 1 ;
  • FIG. 4 shows a perspective view of two clamping devices shown in FIG. 1 with a clamped workpiece
  • Figure 5 shows a side view of the counteracting clamps shown in Figure 4 with the workpiece
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a clamping system according to a further embodiment
  • FIG. 7 shows a perspective representation of a clamping ram of a clamping system according to a further embodiment
  • FIG. 9a - 9d Front view of the attachment units shown in Fig. 8 with different tip shapes.
  • Fig. 1 shows a clamping system 10, which comprises four modular clamping devices 14.
  • Each clamping device 14 consists of a basic device 12 and several, in this case eight, actuator devices 18 and is connected to an energy source, not shown, via an energy supply 76 by means of a cable connection 74 .
  • a workpiece 16 can be clamped by means of the clamping devices 14, with two clamping devices 14 being arranged on two opposite sides of the workpiece 16 in a counteracting manner.
  • the clamping device 14 can be attached to a clamping carriage 60 by means of magnetic force or adhesive force.
  • the clamping device 14 can be arranged in a modular manner very easily on ferromagnetic clamping slides or other bearing surfaces.
  • the actuator devices 18 of each clamping device 14 can optionally be extended to a predetermined clamping force, with the counter-force being variable and dependent on the machining and the workpiece 16 . Once a position has been set with an inward and outward movement routine and a clamping force, it can be taken over by a central controller for a next workpiece 16 for series production.
  • Each actuator device 18 includes an end section 44 which has a cylindrical shape.
  • two counteracting actuator devices 18 can be displaced along an actuator guide (not shown) in a displacement direction B relative to the basic devices 12 of the clamping devices 14 and can be moved up to and placed on the contour A of the workpiece 16.
  • the workpiece 16 fastened on the clamping carriage 60 is clamped in a clamping position between the plurality of actuator devices 18 of the clamping devices 14 acting in opposite directions in pairs.
  • a clamping system 10 shown schematically in FIG.
  • the clamping devices 14 of the clamping system 10 are used within a clamping tool 40 in order to fix a workpiece 16, e.g. for clamping machining.
  • the actuator devices 18 of the clamping devices 14 can be displaced in a displacement direction B relative to the basic devices 12 so that the clamping surfaces 28 can be placed against the contour A of a workpiece 16 .
  • a control device 24 is also provided, which can move and lock the actuator device 18 in any desired position.
  • a camera 50 is arranged as a recording device 36 in the clamping system 10 for recording data of the workpiece 16, in particular data relating to the workpiece position, workpiece position and deformation state of the workpiece 16.
  • An actuator device 18 can include a clamping ram 22 according to FIG. 7, wherein the clamping ram 22 can have a cuboid shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. Mixed forms are also possible.
  • a multi-part actuator device 18 is shown in FIG.
  • the actuator device 18 consists of a base unit 46 and an attachment unit 48 that can be interchangeably attached to the base unit 46 and screwed onto the base unit 46.
  • the base unit 46 and/or the attachment unit 48 can have a cross-sectional shape that corresponds to the shape of the clamping ram 22 in FIG.
  • the attachment unit 18 of FIG. 8 is shown with an end section 44 which can have various longitudinal shapes.
  • the end portion 44 may have a parallelepiped shape, a cylinder shape, a trigonal prism shape, or a hexagonal prism shape.

Abstract

The invention relates to a clamping system (10) for clamping a workpiece (16) of any desired shape, in particular for machining by milling or turning. The clamping system (10) comprises: - at least one capturing apparatus (36) for capturing data of the workpiece (16), in particular data relating to the workpiece positions, workpiece orientations and deformation states of the workpiece (16); - at least one clamping apparatus (14) that comprises in particular a plurality of clamping faces (28), wherein the clamping apparatus (14) comprises at least one actuator (18), which can displaceably move the clamping face (28) along an actuator guide in a displacement direction (B) relative to a main device (12) of the clamping apparatus (14) such that the clamping face can move towards and abut the contour (A) of the workpiece (16) to be clamped, wherein the actuator (18) can extend and retract at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force; - at least one control apparatus (24) which can control the actuator (18) of the clamping apparatus (14) such that the actuator can be moved into and stopped in any desired position, wherein the actuator (18) can remain active during a machining of the workpiece (16), and; - at least one data-processing apparatus (30) for controlling a position of the actuator (18) on the basis of the data from the capturing apparatus (36), wherein the data-processing apparatus is connected by wire or wirelessly to the control apparatus (24).

Description

Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks Clamping system for clamping a workpiece
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form, insbesondere zum Einspannen eines Werkstücks für eine fräsende oder drehende Bearbeitung. The present invention relates to a clamping system for clamping a workpiece of any shape, in particular for clamping a workpiece for milling or turning.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Aus dem Stand der Technik sind diverse Spannvorrichtungen bekannt. Bei der Herstellung hochwertiger Fassadenelemente müssen oft sehr große oder lange Werkstücke wie z.B. tonnenschwere Metallprofile mit geringen Stückzahlen bearbeitet werden. Hierdurch ist ein hoher Rüstaufwand bei der Positionierung und Einspannung der Werkstücke mit speziell entwickelten und hergestellten Spannwerkzeugen notwendig, wodurch die Lagerlogistik erschwert und Arbeits- und Materialkosten anfallen. Weiterhin ist es praktisch unmöglich, mit an sich starr ausgebildeten und massiven Spannbacken mit unveränderlichen Spannseiten ein unregelmäßiges und teilweise mechanisch empfindliches Werkstück einzuspannen.Various clamping devices are known from the prior art. In the production of high-quality facade elements, very large or long workpieces such as metal profiles weighing several tons have to be processed in small quantities. This necessitates a high set-up effort when positioning and clamping the workpieces with specially developed and manufactured clamping tools, which makes warehouse logistics more difficult and increases labor and material costs. Furthermore, it is practically impossible to clamp an irregular and sometimes mechanically sensitive workpiece with rigidly designed and solid clamping jaws with unchangeable clamping sides.
Beispielsweise offenbart die DE 42 39 180 A1 eine Spannvorrichtung mit einem Formspannbacken. Die Spannvorrichtung weist eine Vielzahl von länglichen Spannstößeln auf, die längsverschiebbar sind und gegen eine beliebige Kontur eines Werkstücks als Spannseite angelegt werden können. For example, DE 42 39 180 A1 discloses a clamping device with a shaped clamping jaw. The clamping device has a multiplicity of elongate clamping rams which can be displaced longitudinally and can be applied against any desired contour of a workpiece as the clamping side.
Hierdurch ist es unter anderem möglich, die Spannstößel mit Kammern eines mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten und untereinander kommunizierenden Systems zu verbinden. Durch eingebaute Ventile kann eine Flüssigkeitsleitung in dem System für jeden Spannstößel unterbrochen werden. Hierdurch wird ermöglicht, die Spannstößel in einer beliebig eingestellten Stellung zu arretieren. Weitere ähnliche Spannbacken mit beliebig formveränderlichen Spannseiten sind beispielsweise in der EP 899 061 A2 und der DE 196 31 847 A1 beschrieben. This makes it possible, among other things, to connect the clamping tappets to chambers of a system that is filled with hydraulic fluid and communicates with one another. Built-in valves allow a fluid line in the system to be shut off for each clamping ram. This makes it possible to lock the clamping rams in any set position. Other similar clamping jaws with clamping sides that can change shape as desired are described, for example, in EP 899 061 A2 and DE 196 31 847 A1.
Des Weiteren ist in der DE 7114487 U eine magnetische Spannvorrichtung bekannt. Die Spannvorrichtung nimmt eine Einspannung mittels ferromagnetischer Partikel wahr, die in einem Behälter angeordnet sind. In diesen Behälter kann ein weitgehend frei geformtes Werkstück eingebracht werden und die magnetischen Partikel durch Anlegen eines Magnetfeldes dieses Werkstück fest ein.Furthermore, DE 7114487 U discloses a magnetic clamping device. The clamping device perceives clamping by means of ferromagnetic particles placed in a container. In this container, a largely freely formed workpiece can be placed and the magnetic particles by applying a magnetic field to this workpiece.
Weiterhin offenbart die US 10 730 641 B2 ein System zum Herstellen von Rumpfsektionen. Mit dem System können durch Ausüben von Kräften Formen der Rumpfsektionen in gewünschte Formen geändert werden, so dass die erste Rumpfsektion mit der zweiten Rumpfsektion formangepasst verbunden sein kann. Durch eine Metrologievorrichtung des Systems kann ein Unterschied zwischen den aktuellen Formen und den gewünschten Formen der ersten oder zweiten Rumpfsektion bestimmt werden. Durch eine Steuervorrichtung sind Kräfte zum Erzeugen der gewünschten Formänderungen zu identifizieren. Die erste Rumpfsektion kann durch eine Haltestruktur eines ersten Gestells für Formbearbeitung gehalten werden. Um die Kräfte auf die erste Rumpfsektion auszuüben, sind im ersten Gestell ferner Aktoren angeordnet, wobei ein Motor und ein in Richtung bewegbares Element im Aktor angeordnet sind. Diese Rumpfsektion wird durch eine feste und nicht einstellbare Haltestruktur gehalten. Die Aktoren dienen zur Ausübung der Verformungskräfte. In der US 10 730 641 B2 ist nicht erläutert, ob sich während eines Verformungsprozesses der Rumpfsektion die Aktoren lösen und bewegen können. Da die Aktoren nicht als Spannflächen dienen, können die Aktoren ebenso nicht mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft ein- und ausfahren. Furthermore, US Pat. No. 1,0,730,641 B2 discloses a system for manufacturing fuselage sections. With the system, shapes of the fuselage sections can be changed into desired shapes by exerting forces, so that the first fuselage section can be connected to the second fuselage section in a form-adapted manner. A difference between the actual shapes and the desired shapes of the first or second fuselage section can be determined by a metrology device of the system. Forces to produce the desired shape changes are to be identified by a control device. The first fuselage section may be supported by a support structure of a first mold stand. In order to exert the forces on the first fuselage section, actuators are also arranged in the first frame, with a motor and a directionally movable element being arranged in the actuator. This fuselage section is held in place by a fixed and non-adjustable support structure. The actuators are used to exert the deformation forces. US Pat. No. 1,0,730,641 B2 does not explain whether the actuators can become detached and move during a deformation process of the fuselage section. Also, since the actuators do not serve as clamping surfaces, the actuators cannot extend and retract at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force.
In der DE 698 38 588 T2 ist eine computergesteuerte Stiftmodulanordnung, die zum Formen von beispielsweise Lagenmaterialien eingesetzt wird, dargestellt. Die Stiftmodulanordnung umfasst mindestens eine Basis und eine Mehrzahl von Stiften, die an der Basis befestigt sind. Die Stifte sind mit Antriebsmotoren verbunden, wobei jeder Antriebsmotor mit einer Steuerung vorgesehen ist. Damit sind durch Steuerung der Antriebsmotoren die Stifte relativ zueinander bewegbar. Somit können rasche Konturänderungen an den Materialien ermöglicht werden. Die Stiftmodulanordnung in der DE 698 38 588 T2 ist ebenfalls eine reine Konturbearbeitungsvorrichtung, also nicht eine Spannvorrichtung, wobei die Stifte Verformungskräfte ausüben können. DE 698 38 588 T2 shows a computer-controlled pin module arrangement that is used to form sheet materials, for example. The pin module assembly includes at least one base and a plurality of pins attached to the base. The pins are connected to drive motors, each drive motor being provided with a controller. The pins can thus be moved relative to one another by controlling the drive motors. In this way, rapid changes in the contours of the materials can be made possible. The pin module arrangement in DE 698 38 588 T2 is also a pure contour processing device, ie not a clamping device, with the pins being able to exert deformation forces.
Die DE 197 55 517 C1 stellt Spannbacken für eine Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken dar. Die Spannbaken können in Richtung zu und voneinan- der bewegen. Spannseiten der Spannbacken werden durch eine Mehrzahl von Spannstösseln gebildet, die gegenüber einem Grundkörper der Spannbacken bewegbar geführt werden können. Die Spannstössel sind gemeinsam durch einen einzigen Stellvorgang einer Arretierungseinrichtung in ihrer Spannstellung relativ zum Grundkörper lösbar fixiert. Die Spannbacken sind auf die Geometrie eines bestimmten Werkstücks eingestellt. Damit kann nur eine beliebige Anzahl von identischen Werkstücken in einer Serienfertigung zur Bearbeitung gehalten werden. Um ein Werkstück mit andersartiger Geometrie aufzunehmen, wird die Arretierungseinrichtung zuerst gelöst und werden die Spannstössel an eine Werkstückkontur angepasst. DE 197 55 517 C1 shows clamping jaws for a clamping device for clamping workpieces. the move. Clamping sides of the clamping jaws are formed by a plurality of clamping rams, which can be movably guided relative to a base body of the clamping jaws. The clamping rams are releasably fixed together in their clamping position relative to the base body by a single adjustment process of a locking device. The clamping jaws are adjusted to the geometry of a specific workpiece. This means that only any number of identical workpieces can be kept for processing in series production. In order to pick up a workpiece with a different geometry, the locking device is first released and the clamping rams are adapted to a workpiece contour.
In der DE 20 2004 002 982 U1 ist eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie gezeigt, die einen schwenkbaren Spannarm und einen Spannkopf aufweist. Im Spannarm sind Einzelklemmkörper angeordnet, die durch eine Hubbewegung eines Kolbens verschiebbar sind. In der DE 20 2004 002 982 U1 wird keine Spannvorrichtung mit Spannflächen, die während einer Bearbeitung eines Werkstücks frei einstellbar sind, offenbart. DE 20 2004 002 982 U1 shows a toggle lever clamping device for use in body construction in the automotive industry, which has a pivotable clamping arm and a clamping head. Individual clamping bodies are arranged in the clamping arm, which can be displaced by a lifting movement of a piston. DE 20 2004 002 982 U1 does not disclose a clamping device with clamping surfaces that can be freely adjusted during machining of a workpiece.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass eine Vielzahl von Ventilen bzw. Aktoren verbaut sind, oder dass vordefinierte Aktorbewegungen der in den Spannbacken fest eingebauten Spann-Aktoren mit Spannstößel vorgesehen sind. Weiterhin ergibt sich das Problem, dass ein zu bearbeitendes Werkstück nur in einer vorgefertigten, also nicht frei einstellbaren Haltestruktur gehalten werden können. Damit muss die Haltestruktur an jedes vorzunehmende Arbeitsverfahren angepasst werden. Dies führt zu hohen Herstellkosten der Spannbacken und einer aufwendigen Wartung, da eine Vielzahl von Ventilen und Aktoren verbaut sind. Based on the prior art mentioned above, the problem arises that a large number of valves or actuators are installed, or that predefined actuator movements are provided for the clamping actuators with clamping plungers that are permanently installed in the clamping jaws. Furthermore, there is the problem that a workpiece to be machined can only be held in a prefabricated, ie not freely adjustable holding structure. The holding structure must therefore be adapted to each work process to be carried out. This leads to high production costs for the clamping jaws and complex maintenance, since a large number of valves and actuators are installed.
Daneben ist eine Verwendung einer Vielzahl von Spannstößel bzw. Aktoren in einer vorgefertigten Halterung nachteilig, da die Halterung an die jeweilige Maschine bzw. an das vorzunehmende Arbeitsverfahren angepasst werden muss. Somit werden hohen Herstellkosten verursacht und eine breite Nutzung der zur Verfügung stehenden individuellen Spannvorrichtungen wird verhindert. In addition, the use of a large number of clamping rams or actuators in a prefabricated holder is disadvantageous, since the holder has to be adapted to the respective machine or to the work process to be carried out. This causes high manufacturing costs and prevents the available individual clamping devices from being widely used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein modulares Spannsystem vor- zuschlagen, womit die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, um ein Herstellverfahren und eine Wartung zu vereinfachen, eine hohe Flexibilität zu ermöglichen und eine existierende Maschine einfach nachzurüsten. The object of the present invention is therefore to provide a modular clamping system strike, which avoids the disadvantages of the prior art, to simplify a manufacturing process and maintenance, to allow high flexibility and to easily retrofit an existing machine.
Diese Aufgabe wird durch ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche. This object is achieved by a clamping system for clamping a workpiece with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß wird ein modulares Spannsystem zum Spannen eines Werkstückes mit einer beliebigen Form, insbesondere für eine fräsende oder drehende Bearbeitung vorgeschlagen. Das Spannsystem umfasst: According to the invention, a modular clamping system for clamping a workpiece of any shape, in particular for milling or turning, is proposed. The clamping system includes:
- zumindest eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten des Werkstücks, insbesondere Daten bezüglich der Werkstückpositionen, Werkstücklagen und Verformungszustände des Werkstücks, - at least one acquisition device for acquiring data of the workpiece, in particular data relating to the workpiece positions, workpiece positions and deformation states of the workpiece,
- zumindest eine, insbesondere mehrere Spannflächen umfassende Spannvorrichtung, wobei die Spannvorrichtung zumindest eine Aktoreinrichtung umfasst, die entlang einer Aktorführung in einer Verschieberichtung relativ zu einer Grundeinrichtung der Spannvorrichtung die Spannfläche bzw. die Spannflächen verschiebbar und an die Kontur des zu spannenden Werkstücks heranfahrbar und anlegbar bewegen kann, wobei die Aktoreinrichtung mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft ein- und ausfahren kann, - At least one clamping device comprising, in particular, a plurality of clamping surfaces, the clamping device comprising at least one actuator device which moves the clamping surface or clamping surfaces along an actuator guide in a displacement direction relative to a basic device of the clamping device so that it can be moved and placed against the contour of the workpiece to be clamped can, wherein the actuator device can move in and out at variable speed depending on a clamping length and a clamping force,
- zumindest eine Steuervorrichtung, die die Aktoreinrichtung der Spannvorrichtung in einer gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann, wobei die Aktoreinrichtung während einer Bearbeitung des Werkstücks aktiv bleiben kann, und - At least one control device which can move and lock the actuator device of the clamping device in any desired position, with the actuator device being able to remain active during machining of the workpiece, and
- zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Steuerung einer Position der Aktoreinrichtung auf Basis der Daten der Erfassungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuervorrichtung verbunden ist. Somit wird ein „intelligentes“ Spannsystem zur Verringerung eines Rüstaufwandes und zur Flexibilisierung von Lagerlogistik ermöglicht, die modular einsetzbar ist. Das Spannsystem kann zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist das Spannsystem möglichst unabhängig von einer Geometrie eines meist fräsend und drehend zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet. Es kann vorteilhaft bei einer Metall- oder Holzbearbeitung wie z.B. bei einer Herstellung hochwertiger Fassadenelemente oder Turbinenschaufeln das Spannsystem eingesetzt werden. Das Spannsystem ist so flexibel, dass auch bestehende Altanlagen dadurch aufgerüstet werden können. - At least one data processing device for controlling a position of the actuator device on the basis of the data from the detection device, wherein the data processing device is wired or wirelessly connected to the control device. This enables an "intelligent" clamping system to reduce the set-up effort and to make warehouse logistics more flexible, which can be used in a modular manner. The clamping system can be used to clamp a workpiece of any shape. In other words, the clamping system is designed to be as independent as possible of the geometry of a workpiece that is usually to be machined by milling and turning. The clamping system can advantageously be used in metal or wood processing, for example in the production of high-quality facade elements or turbine blades. The clamping system is so flexible that existing old systems can also be upgraded with it.
Durch das erfindungsgemäße Spannsystem wird ermöglicht, dass ein Werkstück mit einer beliebigen Form mittels des Spannsystems für eine fräsende oder drehende Bearbeitung gespannt werden kann. Mit anderen Worten ist das Spannsystem möglichst unabhängig von einer Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet. Ein Anwender kann Aktoreinrichtungen des Spannsystems an nahezu frei wählbaren Positionen anbringen. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass ein Ein- und Ausfahren der Aktoreinrichtung mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft erfolgen kann, so dass der Energieverbrauch von den Aktoreinrichtungen zugeordneten elektrischen Motoren optimiert und reduziert werden kann. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Aktoreinrichtungen während einer Bearbeitung eines Werkstücks aktiv bleiben, d.h. nicht in herkömmlicher Weise mechanisch verriegelt werden. Dadurch ist es möglich, dass zumindest ein Aktoreinrichtung, insbesondere zumindest ein Paar Aktoreinrichtungen, während der Bearbeitung gelöst werden kann, um eine neue Position einzunehmen. Somit wird die Bearbeitung an den Stellen, die bis dahin von der Spannvorrichtung verdeckt sind, ermöglicht, und ist gleichzeitig ein sicherer Halt des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt gegeben. The clamping system according to the invention makes it possible for a workpiece of any shape to be clamped by means of the clamping system for milling or turning. In other words, the clamping system is designed to be as independent as possible of the geometry of a workpiece to be machined. A user can attach actuator devices of the clamping system to almost freely selectable positions. It is also advantageous that the actuator device can be retracted and extended at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force, so that the energy consumption of the electric motors assigned to the actuator devices can be optimized and reduced. It is also advantageous that the actuator devices remain active while a workpiece is being machined, i.e. are not mechanically locked in the conventional manner. This makes it possible for at least one actuator device, in particular at least one pair of actuator devices, to be released during processing in order to assume a new position. This enables machining at the points that were previously covered by the clamping device, and at the same time the workpiece is held securely at all times.
Mit dem erfindungsgemäßen Spannsystem können somit ein Herstellverfahren und eine Wartung eines Spannsystems vereinfacht, eine hohe Flexibilität ermöglicht und eine existierend Maschine einfach nachgerüstet werden. With the clamping system according to the invention, a production method and maintenance of a clamping system can thus be simplified, a high level of flexibility made possible and an existing machine easily retrofitted.
Weiterhin kann jeder Anwender entweder manuell über Bohrungen in Metallplatten bzw. Gehäusen oder automatisch über einen magnetischen Kontakt zwischen den Aktoreinrichtungen und einem Spannschlitten die Aktoreinrichtungen des Spannsystem anbringen. Dabei kann ein Anwender die Aktuatorvorrichtungen an nahezu frei wählbaren Positionen anbringen und manuell oder automatisch gesteuert ein für die jeweilige Bearbeitungssituation angepassten Spannsystem modular zusammensetzen. Auch ist durch die magnetische Halterung der Spannvorrichtungen möglich, die Spannvorrichtung zunächst an dem zu spannenden Werkstück zu befestigen, dieses in eine Bearbeitungsmaschine einzufahren, und anschließend die Akturvorrichtungen zentral gesteuert auszufahren um sich in Spannschlitten der Bearbeitungsmaschine zu verankern. Furthermore, each user can either manually drill holes in metal plates or housings or automatically via a magnetic contact between the Attach actuator devices and a clamping carriage to the actuator devices of the clamping system. A user can attach the actuator devices to almost freely selectable positions and, controlled manually or automatically, assemble a modular clamping system that is adapted to the respective machining situation. The magnetic mounting of the clamping devices also makes it possible to first attach the clamping device to the workpiece to be clamped, to move it into a processing machine, and then to extend the actuator devices under central control in order to anchor them in the clamping carriage of the processing machine.
Die Spannvorrichtung umfasst zumindest eine Grundeinrichtung und zumindest eine, insbesondere mehrere Aktoreinrichtungen, deren Spannflächen sich an die Kontur des zu spannenden Werkstücks anlegbar bewegen können. Damit können die Spannflächen relativ zu den Grundeinrichtungen verschoben und das Werkstück in einer festgelegten Stellung festgehalten werden. Die Aktoreinrichtungen sind entlang der Aktorführung verschiebbar und können durch eine Arretierungseinrichtung festgelegt werden. The clamping device comprises at least one basic device and at least one, in particular several actuator devices, the clamping surfaces of which can move so that they can be placed against the contour of the workpiece to be clamped. This allows the clamping surfaces to be shifted relative to the basic equipment and the workpiece to be held in a fixed position. The actuator devices can be moved along the actuator guide and can be fixed by a locking device.
Die Aktoreinrichtungen sind länglich ausgebildet, die sich bevorzugt entlang einer vertikalen Achse eines Führungsstiftes, eines Zylinders, einer Schraube, eines länglichen Gewindes oder entlang einer Hülse, die gegebenfalls ein Gewinde besitzt, bewegen. The actuator devices are elongate, which preferably move along a vertical axis of a guide pin, a cylinder, a screw, an elongated thread or along a sleeve, which may have a thread.
Das Spannsystem wirkt an mehreren Positionen mittels der Aktoreinrichtungen auf das Werkstück ein. Jede Aktoreinrichtung umfasst eine bewegliche Einheit, die entweder selbstständig oder von außen gesteuert ein- und ausfahren werden kann. Die Aktoreinrichtungen können aus einem oder mehreren nah beieinander oder vereinzelt montierten, elektrisch betätigten Stempeln ausgebildet sein. Die zerspanende oder fräsende Bearbeitung des Werkstücks kann danach mittels eines Bearbeitungswerkzeugs erfolgen. Ein Ein- und Ausfahren der Aktoreinrichtung kann mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Spannlänge und der Spannkraft erfolgen. The clamping system acts on the workpiece at several positions by means of the actuator devices. Each actuator device includes a movable unit that can be moved in and out either independently or under external control. The actuator devices can be formed from one or more electrically actuated stamps mounted close together or individually. The workpiece can then be machined or milled using a machining tool. The actuator device can be moved in and out at a variable speed depending on the clamping length and the clamping force.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung in Abhängigkeit der von der Erfassungsvorrichtung erfassten Daten in Verbindung mit den im Spannsystem hinterlegten CAD- Daten die Aktoreinrichtungen ansteuern. Es ist vorteilhaft, dass die Aktoreinrichtungen während einer Bearbeitung aktiv bleiben, d.h. nicht in herkömmlicher Weise mechanisch verriegelt werden. Es ist weiterhin möglich, dass zumindest ein Paar Aktoreinrichtungen während der Bearbeitung gelöst werden, um eine neue Position einzunehmen. Dadurch werden die Bearbeitung an den Stellen, die bis dahin von der Spannvorrichtung verdeckt sind ermöglicht, und gleichzeitig ist ein sicherer Halt des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt gegeben. Weiterhin können die Aktoreinrichtungen entweder in dem vorgefertigten Spannschlitten oder individuell in nachträglichen Bohrungen befestigt sein. Furthermore, the control device can, depending on the data recorded by the recording device in conjunction with the CAD data stored in the clamping system Data control the actuator devices. It is advantageous that the actuator devices remain active during processing, ie are not mechanically locked in a conventional manner. It is also possible for at least one pair of actuator devices to be released during processing in order to assume a new position. This enables machining at the points that were previously covered by the clamping device, and at the same time the workpiece is held securely at all times. Furthermore, the actuator devices can be fastened either in the prefabricated clamping carriage or individually in subsequent bores.
Durch die Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgt eine zentrale oder dezentrale Steuerung der Aktoreinrichtungen. Vorteilhafterweise ist eine Kombination der Steuerungssignale möglich, so dass die Aktoreinrichtungen untereinander und / oder mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung Daten austauschen kann, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung Positionen jeder einzelnen Aktoreinrichtung drahtgebunden beispielsweise über eine elektrische Verbindung oder drahtlos steuern kann. The data processing device controls the actuator devices centrally or decentrally. A combination of the control signals is advantageously possible, so that the actuator devices can exchange data with one another and/or with the central data processing device, with the data processing device being able to control positions of each individual actuator device by wire, for example via an electrical connection, or wirelessly.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Spannsystems kann die Aktoreinrichtung zumindest eine Basiseinheit und zumindest eine an der Basiseinheit wechselbar anbringbare, auf der Basiseinheit aufschraubbare Aufsatzeinheit umfassen, wobei bevorzugt ein Endabschnitt der Aufsatzeinheit eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweist, und die Spannfläche umfasst. Der Endabschnitt der Aufsatzeinheit kann mit verschiedenen Geometrien vorgesehen sein. Der Endabschnitt kann eine runde, ballige, spitze oder planare Geometrie aufweisen. Auf einer Oberfläche der Aktoreinrichtung, insbesondere an einem Endabschnitt, können sich Sensoren verschiedener Art, wie z.B. Kraftsensoren oder Kontaktsensoren befinden. Weiterhin kann eine aufsteckbare Kappe aus verschiedenen Materialien zum Schutz der Sensoren und des Werkstücks aufgesetzt werden. Weiterhin kann die Aktoreinrichtung, bevorzugt der Endbereich, insbesondere eine aufsteckbare Kappe, mit einem durch die Steuervorrichtung durchführbare Erfassung, insbesondere eine optische Erfassung erlaubendes Material beschichtet werden, wobei das Material bestimmte Wellenlängen eines elektromagnetischen Spektrums reflektieren kann. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest einen Sensor zum Erfassen der Daten des Werkstücks umfassen. Die Daten können nach Wunsch die Daten der Werkstückpositionen, der Werkstücklagen und der Verformungszustände umfassen. Ein elektrischer Sensor kann als Sensor der Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Spannungen und Strömen vorgesehen sein. Weiterhin kann ein chemischer Sensor angeordnet sein, der selektiv auf eine Verbindung oder Verbindungsklassen reagieren kann, wobei hierzu auch "elektronische Nasen" gehören. In an advantageous development of the clamping system, the actuator device can comprise at least one base unit and at least one attachment unit that can be attached to the base unit in an exchangeable manner and can be screwed onto the base unit, with an end section of the attachment unit preferably having the shape of a cuboid, a cylinder, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. and includes the clamping surface. The end section of the attachment unit can be provided with different geometries. The end section can have a round, crowned, pointed or planar geometry. Sensors of various types, such as force sensors or contact sensors, can be located on a surface of the actuator device, in particular on an end section. Furthermore, an attachable cap made of different materials can be attached to protect the sensors and the workpiece. Furthermore, the actuator device, preferably the end area, in particular an attachable cap, can be coated with a material that allows detection that can be carried out by the control device, in particular optical detection, wherein the material can reflect specific wavelengths of an electromagnetic spectrum. In a further advantageous development, the detection device can include at least one sensor for detecting the data of the workpiece. The data may include workpiece position data, workpiece location data, and deformation state data, as desired. An electrical sensor can be provided as a sensor of the detection device for detecting voltages and currents. Furthermore, a chemical sensor can be arranged, which can react selectively to a compound or classes of compounds, which also include "electronic noses".
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Sensor als Drucksensor, Kraftmesssensor, Drehratensensor, Beschleunigungssensor, Gas- und Feuchtigkeitsmesssensor, Temperatursensor und / oder Kontaktsensor ausgebildet sein. Der Gasmesssensor kann zum Erfassen von Daten beispielsweise eines Sauerstoffs und Wasserstoffs angeordnet sein. In a further advantageous development, the sensor can be embodied as a pressure sensor, force measurement sensor, yaw rate sensor, acceleration sensor, gas and moisture measurement sensor, temperature sensor and/or contact sensor. The gas measurement sensor can be arranged to acquire data of, for example, oxygen and hydrogen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung in der Aktoreinrichtung, insbesondere in der Aufsatzeinheit integriert sein. Die Sensoren, die in der Erfassungsvorrichtung erhalten sind, können vorteilhaft in der Aufsatzeinheit platzsparend angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Aufsatzeinheit auswechselbar. Die aufschraubbare Aufsatzeinheit dient entweder zu einer reinen Verlängerung oder zum Beinhalten bei Bedarf zusätzliche Funktionen wie z.B. die Sensoren, Stromversorgungseinrichtungen, Elektronik, Kommunikationselektronik oder Identifizierungsmerkmale wie z.B. RFID-Chips oder Farbkodierungen. Durch einen einfachen Wechsel der aufschraubbaren Aufsatzeinheit kann schnell und einfach eine Funktionalität oder Einsatzfähigkeit hinzugefügt oder entfernt werden.In a further advantageous development, the detection device can be integrated in the actuator device, in particular in the attachment unit. The sensors that are contained in the detection device can advantageously be arranged in a space-saving manner in the attachment unit. The attachment unit is advantageously exchangeable. The screw-on attachment unit is used either as a pure extension or to contain additional functions such as sensors, power supply devices, electronics, communication electronics or identification features such as RFID chips or color coding. Functionality or operational capability can be added or removed quickly and easily by simply changing the screw-on attachment unit.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Kamera umfassen. Somit kann eine optische Kontrolle und Bildauswertung erfolgen, auch kann im Sinne von Industrie 4.0 jeder Arbeitsschritt protokolliert werden. In a further advantageous development, the detection device can include at least one camera. This means that an optical check and image evaluation can be carried out, and every work step can also be logged in accordance with Industry 4.0.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Übermittlungseinrichtung zum aktiven und / oder passiven Übertragen der Daten des Werkstücks an die Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, wobei die Übermittlungseinrichtung als drahtgebundene oder drahtlose Übermitt- lungseinrichtung, insbesondere Funk-, WLAN- oder RFID-Übermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Die Aktoreinrichtung mit einer Möglichkeit zur drahtlosen Verbindung kann zumindest eine Einheit zum Empfang, und wahlweise eine weitere zusätzliche Einheit zum Senden von Steuersignalen zur Steuerung eines elektrischen Motors und zur Übermittlung der Daten aus den Sensoren umfassen. Die Übermittlung der Steuersignale kann über Schnittstellen beispielsweise Bluetooth, WLAN, Funksignale oder NFC-Technik erfolgen. Die Aktoreinrichtung kann wahlweise zusätzlich mit den Sensoren und der Elektronik ausgestattet sein, wobei die Sensoren bevorzugt Parameter für die Werkstückbearbeitung und für die Spannungen erfassen können. In a further advantageous development, the detection device can include at least one transmission device for actively and/or passively transmitting the data of the workpiece to the data processing device, with the transmission device being configured as a wired or wireless transmission device. development device, in particular a radio, WLAN or RFID transmission device. The actuator device with a wireless connection option can include at least one unit for receiving, and optionally a further additional unit for sending control signals for controlling an electric motor and for transmitting the data from the sensors. The control signals can be transmitted via interfaces such as Bluetooth, WLAN, radio signals or NFC technology. The actuator device can optionally also be equipped with the sensors and the electronics, with the sensors preferably being able to record parameters for the workpiece processing and for the voltages.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Aktoreinrichtung als Spannstößel ausgebildet sein, wobei bevorzugt zumindest eine Erfassungsvorrichtung in dem Spannstößel umfasst ist. Der Spannstößel kann bevorzugt aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, einer Stahllegierung, Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Alternativ kann der Spannstößel aus verschiedenen Materialien, bevorzugt aus einer Kombination aus einem Kunststoff und einem Metall bestehen. In a further advantageous development, the actuator device can be designed as a clamping ram, with at least one detection device preferably being included in the clamping ram. The clamping ram can preferably consist of a metal, in particular steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. Alternatively, the clamping ram can be made of different materials, preferably a combination of a plastic and a metal.
Weiterhin kann der Spannstößel rund oder eckig ausgebildet sein. Bevorzugt weist der Spannstößel dabei eine Quaderform, Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder eines hexagonalen Prismas auf .Es sind auch Mischformen und fließende Übergänge verschiedener Querschnittsformen möglich. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Befestigung der Sensoren, der Energielieferanten, der Farbmarkeirungen oder der RFID-Einheiten an oder in dem Spannstößel möglich ist. Furthermore, the clamping ram can be round or square. The clamping ram preferably has a cuboid shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. Mixed shapes and smooth transitions of different cross-sectional shapes are also possible. It is conceivable, for example, that the sensors, the energy suppliers, the color markings or the RFID units can be attached to or in the clamping ram.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannfläche der Aktoreinrichtung einen Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu einem Meter aufweisen. Grundsätzlich gibt es keine Größenbeschränkung. Allerdings ist bei Größen von weniger als 8 mm des Durchmessers eine Befestigung einer Energie- Empfangs-, Sende-, Antriebs- und Sensoreinheit aufwendig. Die Aktoreinrichtung kann mit einem Durchmesser bis zu 3 mm aufgebaut werden. In der Regel ist die Aktoreinrichtung mit dem Durchmesser von 8 mm bis zu 2 cm ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Spannflächen der zumindest einen, insbesondere mehreren Aktoreinrichtungen nah beieinander angeordnet sein, insbesondere die Abstände der Spannflächen geringer als die Durchmesser der Spannflächen sein. Damit ist es möglich, das Werkstück mit der beliebigen Form präzis einzuspannen. In a further advantageous development, the clamping surface of the actuator device can have a diameter of a few millimeters up to one meter. Basically there is no size limit. However, in the case of sizes of less than 8 mm in diameter, fastening an energy receiving, transmitting, driving and sensor unit is expensive. The actuator device can be constructed with a diameter of up to 3 mm. As a rule, the actuator device is designed with a diameter of 8 mm to 2 cm. In a further advantageous development, the clamping surfaces of the at least one, in particular several actuator devices can be arranged close to one another, in particular the distances between the clamping surfaces can be smaller than the diameter of the clamping surfaces. With this, it is possible to precisely clamp the workpiece of any shape.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung außerhalb von Spannwerkzeugen, insbesondere als Haltevorrichtung, zur Ladungssicherung einsetzbar sein. Es ist denkbar, das modulare Spannsystem in Transportfahrzeugen, Güterzügen, Lastwagen oder ähnliches zur Transportsicherung einzusetzen. In a further advantageous development, the clamping device can be used outside of clamping tools, in particular as a holding device, for load securing. It is conceivable to use the modular clamping system in transport vehicles, freight trains, trucks or the like for transport security.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung mittels Magnetkraft oder Haftkraft an eine vorgefertigten Spannschlitten, an einer Spannbacke und / oder unmittelbar an einem zu spannenden Werkstück und an einem weiteren Abstützpunkt befestigbar sein. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, keine Bohrung im Spannschlitten für die Aktorführung notwendig zu sein. Die Magnetkraft kann permanentmagnetisch oder mittels Elektromagnete aufgebracht werden. Ein Strom der Elektromagnete kann adaptiv abhängig von einer aufgebrachten Spannkraft adaptiv eingestellt werden. In a further advantageous development, the clamping device can be fastened to a prefabricated clamping carriage, to a clamping jaw and/or directly to a workpiece to be clamped and to a further support point by means of magnetic force or adhesive force. It can thus be advantageously achieved that no drilling is required in the clamping slide for the actuator guide. The magnetic force can be applied permanently magnetically or by means of electromagnets. A current of the electromagnets can be adjusted adaptively depending on an applied clamping force.
Vorteilhaft kann eine Spannung durch eine Hubbewegung eines Spannschlittens und einer zusätzlichen Bewegung der einen oder der Vielzahl von Aktoreinrichtung erfolgen. Tensioning can advantageously be effected by a lifting movement of a tensioning carriage and an additional movement of one or the plurality of actuator devices.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine Kraftsteuereinheit in der Aktoreinrichtung umfasst sein, so dass eine vordefinierbare Haltkraft der Aktoreinrichtung festlegbar und an eine durch die Bearbeitung des Werkstücks auftretende Kraft anpassbar ist. Die gegenüber liegenden Spannvorrichtungen können während der Bearbeitung derart angesteuert werden, um Haltekräfte der Aktoreinrichtungen an durch die Bearbeitung auftretende Kräfte anzupassen, so dass eine Verformung, insbesondere eine Verbiegung des Werkstücks verhindert werden kann. In a further advantageous development, at least one force control unit can be included in the actuator device, so that a predefined holding force of the actuator device can be defined and adapted to a force occurring as a result of the machining of the workpiece. The opposing clamping devices can be controlled during processing in such a way as to adapt the holding forces of the actuator devices to the forces occurring during processing, so that deformation, in particular bending of the workpiece can be prevented.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann für jede Aktoreinrichtung zumindest ein elektrischer Motor, insbesondere ein Elektromotor und / oder zumindest eine Energiequelle zum Antrieb des elektrischen Motors und / oder zumindest ein Signalempfänger umfasst sein. Der Signalempfänger kann entweder in der Aktoreinrichtung integriert sein oder einen oder mehrere Aktoreinrichtungen am Ort mit einem Strom versorgen. Ist letzteres der Fall, gibt es wiederum eine Energieübertragungsverbindung von dem Signalempfänger zur jeweiligen Aktoreinrichtung. Dies kann beispielsweise über ein Kabel, einen elektrisch leitender Pfad oder über eine Induktionsschnittstelle erfolgen. In a further advantageous development, at least one electric motor, in particular an electric motor and/or at least an energy source for driving the electric motor and/or at least one signal receiver. The signal receiver can either be integrated in the actuator device or supply one or more actuator devices with current on site. If the latter is the case, there is again an energy transmission connection from the signal receiver to the respective actuator device. This can be done, for example, via a cable, an electrically conductive path, or via an induction interface.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Energiequelle mit dem elektrischen Motor drahtgebunden oder drahtlos bevorzugt über Funktechnik verbunden sein. Dazu kann ein Transmitter bzw. ein Sender die Energie in Form von Funkwellen mit einer Frequenz beispielsweise zwischen 5,850 und 5,875 GHz im Giga-Herz-Band (GHz) aussenden. Der Signalempfänger kann die Energie in elektrische Energie umwandeln. Beispielsweise kann mit einem Gerät der Firma Energous Corporation die Energie bis zu 10 W bezogen auf den Signalempfänger übertragen werden. Die Übertragungstechnik kann eine Reichweite bis zum 100 m, bevorzugt von 50 m, insbesondere von 2 bis 10 m vom Sender zum Signalempfänger erreichen. In a further advantageous development, the energy source can be connected to the electric motor by wire or wirelessly, preferably via radio technology. For this purpose, a transmitter or transmitter can emit the energy in the form of radio waves with a frequency, for example, between 5.850 and 5.875 GHz in the giga-heart band (GHz). The signal receiver can convert the energy into electrical energy. For example, with a device from Energous Corporation, the energy can be transmitted up to 10 W in relation to the signal receiver. The transmission technology can achieve a range of up to 100 m, preferably 50 m, in particular 2 to 10 m from the transmitter to the signal receiver.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine primäre oder sekundäre elektrochemische Batterie und / oder zumindest eine Brennstoffzelle und / oder zumindest ein Kondensator und / oder zumindest eine Induktionsspule und / oder zumindest eine Kabelverbindung in der Energiequelle umfasst sein. Die Energie kann eingesetzt werden, um den elektrischen Motor anzutreiben, die Elektronik und die vorhandenen Sensoren zu versorgen. Beispiele für primäre und sekundäre Energiezellen sind Batterien, Lithiumbatterien, Zink-Luft-Batterien, Brennstoffzellen, insbesondere Brennstoffzellen, die Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Ameisensäure, Paraformaldehyd oder Oxymethylenderivate, sogenannte OME wie Dimethoxymethan oder Polyoxymethylenderivate wie der Kunststoff POM zu verwenden. Im Falle der Verwendung der Brennstoffzellen können Kombinationen der Energielieferanten verwendet werden. Beispielsweise liefert eine Direktmethanolbrennstoffzelle einen geringen Strom und lädt damit einen sekundären Energiespeicher wie Lithiumbatterie oder einen Kondensator auf. Weiterhin können die Energielieferanten für Stellantrieb der Aktoreinrichtung und für die Sensorik sowie die Steuerung voneinander verschieden sein. Dazu können die Sensorik und die Datenübermittlungseinrichtung über die oben beschriebene Funktechnik energetisch versorgt werden, während der Stellantrieb und die Verriegelung über die davor beschriebenen Energielieferanten erfolgen können. Ausgehend davon ergibt sich der Vorteil einer großen Redundanzminderung insbesondere ergibt sich die Möglichkeit der Verwendung von Sensoren nahe an einem Endabschnitt der Aktoreinrichtung. In a further advantageous development, at least one primary or secondary electrochemical battery and/or at least one fuel cell and/or at least one capacitor and/or at least one induction coil and/or at least one cable connection can be included in the energy source. The energy can be used to drive the electric motor and power the electronics and sensors. Examples of primary and secondary energy cells are batteries, lithium batteries, zinc-air batteries, fuel cells, in particular fuel cells that use methanol, ethanol, formaldehyde, formic acid, paraformaldehyde or oxymethylene derivatives, so-called OME such as dimethoxymethane or polyoxymethylene derivatives such as the plastic POM. In the case of using the fuel cells, combinations of the energy suppliers can be used. For example, a direct methanol fuel cell delivers a small current and uses it to charge a secondary energy storage device such as a lithium battery or a capacitor. Furthermore, the energy suppliers for the actuating drive of the actuator device and for the sensors and the controller can be different from one another. For this purpose, the sensor system and the data transmission device can be supplied with energy via the radio technology described above, while the actuating drive and the locking can take place via the energy suppliers described above. Based on this, there is the advantage of a large reduction in redundancy, in particular there is the possibility of using sensors close to an end section of the actuator device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Signalempfänger entweder in jeder Aktoreinrichtung integriert oder separat von der Aktoreinrichtung angeordnet sein. In a further advantageous development, the signal receiver can either be integrated into each actuator device or be arranged separately from the actuator device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Hubbewegung der Aktoreinrichtung mechanisch / hydraulisch und / oder pneumatisch und / oder elektrisch erfolgen. Beispielsweise kann auch ein Druckübersetzer oder ein elektrischer Antrieb mit Kugelrollenspindel eingesetzt werden. Zur Überwindung langer Hübe ist es sinnvoll, das Werkstück auf einem Linear- oder Flachbettschlitten zu montieren. Der Linearschlitten kann aus einem beweglichen Gehäuse und zwei festgeschraubten Traversen bestehen. In a further advantageous development, a lifting movement of the actuator device can take place mechanically/hydraulically and/or pneumatically and/or electrically. For example, a pressure intensifier or an electric drive with a ball roller spindle can also be used. To overcome long strokes, it makes sense to mount the workpiece on a linear or flat bed slide. The linear slide can consist of a moveable housing and two fixed traverses.
ZEICHNUNGEN DRAWINGS
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen: Further advantages result from the figures and the associated description of the drawings. Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures. The figures, the description and the claims contain numerous features in combinations. The person skilled in the art will expediently also consider these features individually and combine them into further meaningful combinations. Show it:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform von Anordnungen von mehreren Spannvorrichtungen eines Spannsystems gemäß einer Ausführungsform, die ein Werkstück einspannen; 1 shows a perspective view of an embodiment of arrangements of a plurality of clamping devices of a clamping system according to an embodiment, which clamp a workpiece;
Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung in Vergrößerung; Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung zwei sich entgegenwirkenden Spannvorrichtungen des Spannsystems der Fig. 1 ; FIG. 2 shows a perspective view of a clamping device shown in FIG. 1 on an enlarged scale; FIG. FIG. 3 shows a perspective view of two opposing clamping devices of the clamping system of FIG. 1 ;
Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung zwei in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung mit einem eingespannten Werkstück; FIG. 4 shows a perspective view of two clamping devices shown in FIG. 1 with a clamped workpiece;
Fig. 5 Seitenansicht der in Fig. 4 dargestellten entgegenwirkenden Spannvorrichtungen mit dem Werkstück; Figure 5 shows a side view of the counteracting clamps shown in Figure 4 with the workpiece;
Fig. 6 Schematische Draufsicht eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; 6 shows a schematic plan view of a clamping system according to a further embodiment;
Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung Spannstößel eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; 7 shows a perspective representation of a clamping ram of a clamping system according to a further embodiment;
Fig. 8 Seitenansicht einer Aktoreinrichtung eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 8 side view of an actuator device of a clamping system according to a further embodiment; and
Fig. 9a - 9d Vorderansicht der in Fig. 8 dargestellte Aufsatzeinheiten mit verschiedenen Spitzenformen. Fig. 9a - 9d Front view of the attachment units shown in Fig. 8 with different tip shapes.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols.
Fig. 1 stellt ein Spannsystem 10, das vier modulare Spannvorrichtungen 14 umfasst, dar. Jede Spannvorrichtung 14 besteht aus einer Grundeinrichtung 12 und mehrere, in diesem Fall acht Aktoreinrichtungen 18 und ist über eine Energiezuführung 76 mittels einer Kabelverbindung 74 mit einer nicht dargestellten Energiequelle verbunden. Ein Werkstück 16 kann mittels der Spannvorrichtungen 14 eingespannt werden, wobei jeweils zwei Spannvorrichtungen 14 entgegenwirkend einspannend auf zwei entgegengesetzten Seiten des Werkstücks 16 angeordnet sind. Fig. 1 shows a clamping system 10, which comprises four modular clamping devices 14. Each clamping device 14 consists of a basic device 12 and several, in this case eight, actuator devices 18 and is connected to an energy source, not shown, via an energy supply 76 by means of a cable connection 74 . A workpiece 16 can be clamped by means of the clamping devices 14, with two clamping devices 14 being arranged on two opposite sides of the workpiece 16 in a counteracting manner.
Gemäß Fig. 2 kann die Spannvorrichtung 14 mittels Magnetkraft oder Haftkraft an einem Spannschlitten 60 befestigt sein. Hierdurch kann die Spannvorrichtung 14 modular sehr einfach auf ferromagnetische Spannschlitten oder sonstigen Auflageflächen angeordnet werden. Die Aktoreinrichtungen 18 jeder Spannvorrichtung 14 können nach Fig. 3 auf eine vorgegebene Spannkraft wahlweise ausfahren, wobei die Gegenkraft variabel und von einer Bearbeitung und vom Werkstück 16 abhängig sein kann. Eine einmal eingestellte Position mit einer Ein- und Ausfahrroutine und einer Spannkraft kann für eine Serienfertigung von einer zentralen Steuerung für ein nächstes Werkstück 16 übernommen werden. Jede Aktoreinrichtung 18 umfasst einen Endabschnitt 44, der eine Zylinderform aufweist. According to FIG. 2, the clamping device 14 can be attached to a clamping carriage 60 by means of magnetic force or adhesive force. As a result, the clamping device 14 can be arranged in a modular manner very easily on ferromagnetic clamping slides or other bearing surfaces. According to FIG. 3, the actuator devices 18 of each clamping device 14 can optionally be extended to a predetermined clamping force, with the counter-force being variable and dependent on the machining and the workpiece 16 . Once a position has been set with an inward and outward movement routine and a clamping force, it can be taken over by a central controller for a next workpiece 16 for series production. Each actuator device 18 includes an end section 44 which has a cylindrical shape.
In Fig. 4 und 5 sind jeweils zwei entgegenwirkende Aktoreinrichtungen 18 entlang einer Aktorführung (nicht gezeigt) in einer Verschieberichtung B relativ zu den Grundeinrichtungen 12 der Spannvorrichtungen 14 verschiebbar und können an die Kontur A des Werkstücks 16 heranfahrbar und anlegbar bewegt werden. Das auf dem Spannschlitten 60 befestigte Werkstück 16 wird zwischen der Vielzahl der Aktoreinrichtungen 18 der paarweise entgegengesetzt wirkenden Spannvorrichtungen 14 in einer Spannstellung verspannt. In FIGS. 4 and 5, two counteracting actuator devices 18 can be displaced along an actuator guide (not shown) in a displacement direction B relative to the basic devices 12 of the clamping devices 14 and can be moved up to and placed on the contour A of the workpiece 16. The workpiece 16 fastened on the clamping carriage 60 is clamped in a clamping position between the plurality of actuator devices 18 of the clamping devices 14 acting in opposite directions in pairs.
Ein in Fig. 6 schematisch dargestelltes Spannsystem 10 umfasst acht auf einer Auflagevorrichtung 52 befestigte, und paarweise entgegengerichtete Spannvorrichtungen 14, die jeweils an axialen Enden der Aktoreinrichtungen 18 Spannflächen 28 aufweisen. Die Spannvorrichtungen 14 des Spannsystems 10 sind innerhalb eines Spannwerkzeuges 40 eingesetzt, um ein Werkstück 16 z.B. für eine spannende Bearbeitung zu fixieren. Die Aktoreinrichtungen 18 der Spannvorrichtungen 14 sind in einer Verschieberichtung B relativ zu Grundeinrichtungen 12 verschieblich, so dass die Spannflächen 28 an die Kontur A eines Werkstücks 16 angelegt werden können. In dem Spannsystem 10 ist weiterhin eine Steuervorrichtung 24 vorgesehen, die die Aktoreinrichtung 18 in eine gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann. Daneben ist eine Kamera 50 als Erfassungsvorrichtung 36 in dem Spannsystem 10 zum Erfassen von Daten des Werkstücks 16, insbesondere Daten bezüglich der Werkstückposition, Werkstücklage und Verformungszustand des Werkstücks 16 angeordnet. A clamping system 10, shown schematically in FIG. The clamping devices 14 of the clamping system 10 are used within a clamping tool 40 in order to fix a workpiece 16, e.g. for clamping machining. The actuator devices 18 of the clamping devices 14 can be displaced in a displacement direction B relative to the basic devices 12 so that the clamping surfaces 28 can be placed against the contour A of a workpiece 16 . In the clamping system 10, a control device 24 is also provided, which can move and lock the actuator device 18 in any desired position. In addition, a camera 50 is arranged as a recording device 36 in the clamping system 10 for recording data of the workpiece 16, in particular data relating to the workpiece position, workpiece position and deformation state of the workpiece 16.
Eine Aktoreinrichtung 18 kann einen Spannstößel 22 gemäß Fig. 7 umfassen, wobei der Spannstößel 22 eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweisen kann. Auch sind Mischformen möglich. An actuator device 18 can include a clamping ram 22 according to FIG. 7, wherein the clamping ram 22 can have a cuboid shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism. Mixed forms are also possible.
In Fig. 8 ist eine mehrteilige Aktoreinrichtung 18 dargestellt. Die Aktoreinrichtung 18 besteht aus einer Basiseinheit 46 und einer an der Basiseinheit 46 wechselbar anbringbaren, auf der Basiseinheit 46 aufschraubbaren Aufsatzeinheit 48. Die Basiseinheit 46 und/oder die Aufsatzeinheit 48 kann eine Querschnittsform aufweisen, die der Form des Spannstößels 22 der Fig. 7 entspricht. A multi-part actuator device 18 is shown in FIG. The actuator device 18 consists of a base unit 46 and an attachment unit 48 that can be interchangeably attached to the base unit 46 and screwed onto the base unit 46. The base unit 46 and/or the attachment unit 48 can have a cross-sectional shape that corresponds to the shape of the clamping ram 22 in FIG.
Gemäß Fig. 9a bis 9d ist die Aufsatzeinheit 18 der Fig. 8 mit einem Endabschnitt 44, das verschiedene Längsformen aufweisen kann, dargestellt. Der Endabschnitt 44 kann eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweisen. According to FIGS. 9a to 9d, the attachment unit 18 of FIG. 8 is shown with an end section 44 which can have various longitudinal shapes. The end portion 44 may have a parallelepiped shape, a cylinder shape, a trigonal prism shape, or a hexagonal prism shape.
Bezugszeichenliste Reference List
10 Spannsystem 10 clamping system
12 Grundeinrichtung 12 basic setup
14 Spannvorrichtung 14 clamping device
16 Werkstück 16 workpiece
18 Aktoreinrichtung
Figure imgf000018_0001
18 actuator device
Figure imgf000018_0001
22 Spannstößel 22 clamping rams
24 Steuervorrichtung 24 control device
28 Spannfläche 28 clamping surface
36 Erfassungsvorrichtung 36 detection device
40 Spannwerkzeug 40 clamping tool
44 Endabschnitt 44 end section
46 Basiseinheit 46 base unit
48 Aufsatzeinheit 48 attachment unit
50 Kamera 50 camera
52 Auflagevorrichtung 52 support device
60 Spannschlitten 60 clamping slides
74 Kabelverbindung 74 cable connection
76 Energiezuführung 76 energy supply
A Kontur A contour
B Verschieberichtung B Shift direction

Claims

Patentansprüche Spannsystem (10) zum Spannen eines Werkstückes (16) mit einer beliebigen Form, insbesondere für eine fräsende oder drehende Bearbeitung, umfassend: Claims Clamping system (10) for clamping a workpiece (16) of any shape, in particular for milling or turning, comprising:
- zumindest eine Erfassungsvorrichtung (36) zum Erfassen von Daten des Werkstücks (16), insbesondere Daten bezüglich der Werkstückpositionen, Werkstücklagen und Verformungszustände des Werkstücks (16), - at least one detection device (36) for detecting data of the workpiece (16), in particular data relating to the workpiece positions, workpiece positions and deformation states of the workpiece (16),
- zumindest eine, insbesondere mehrere Spannflächen (28) umfassende Spannvorrichtung (14), wobei die Spannvorrichtung (14) zumindest eine Aktoreinrichtung (18) umfasst, die entlang einer Aktorführung in einer Verschieberichtung (B) relativ zu einer Grundeinrichtung (12) der Spannvorrichtung (14) die Spannfläche (28) verschiebbar und an die Kontur (A) des zu spannenden Werkstücks (16) heranfahrbar und anlegbar bewegen kann, wobei die Aktoreinrichtung (18) mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft ein- und ausfahren kann, - At least one clamping device (14), in particular a plurality of clamping surfaces (28), wherein the clamping device (14) comprises at least one actuator device (18) which is along an actuator guide in a displacement direction (B) relative to a base device (12) of the clamping device ( 14) can move the clamping surface (28) in a displaceable manner and so that it can be moved and placed against the contour (A) of the workpiece (16) to be clamped, with the actuator device (18) being able to move in and out at a variable speed depending on a clamping length and a clamping force ,
- zumindest eine Steuervorrichtung (24), die die Aktoreinrichtung (18) der Spannvorrichtung (14) in eine gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann, wobei die Aktoreinrichtung (18) während einer Bearbeitung des Werkstücks (16) aktiv bleiben kann, und - at least one control device (24) which can move and lock the actuator device (18) of the clamping device (14) into any desired position, with the actuator device (18) being able to remain active while the workpiece (16) is being machined, and
- zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Steuerung einer Position der Aktoreinrichtung (18) auf Basis der Daten der Erfassungsvorrichtung (36), wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuervorrichtung (24) verbunden ist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (18) zumindest eine Basiseinheit (46) und zumindest eine an der Basiseinheit wechselbar anbringbare, auf der Basiseinheit (46) aufschraubbare Aufsatzeinheit (48) umfasst, wobei bevorzugt ein Ende (44) der Aufsatzeinheit (48) eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweist, und die Spannfläche (28) umfasst. Spannsystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (36) zumindest einen Sensor zum Erfassen der Daten des Werkstücks (16) umfasst. Spannsystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Drucksensor, Kraftmesssensor, Drehratensensor, Beschleunigungssensor, Gas- und Feuchtigkeitsmesssensor, Temperatursensor und / oder Kontaktsensor ausgebildet ist. Spannsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (36) in der Aktoreinrichtung (18), insbesondere in der Aufsatzeinheit (48) integriert ist. Spannsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (36) zumindest eine Kamera umfasst. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (36) zumindest eine Übermittlungseinrichtung zum aktiven und / oder passiven Übertragen der Daten des Werkstücks (16) an die Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst, wobei die Übermittlungseinrichtung als drahtgebundene oder drahtlose Übermittlungseinrichtung, insbesondere Funk-, WLAN- oder RFID- Übermittlungseinrichtung ausgebildet ist. 19 Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (18) als Spannstößel (22) ausgebildet ist, wobei bevorzugt zumindest eine Erfassungsvorrichtung (36) in dem Spannstößel (22) umfasst ist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfläche (28) der Aktoreinrichtung (18) einen Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu einem Meter aufweist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannflächen (28) der zumindest einen, insbesondere mehreren Aktoreinrichtungen (18) nah beieinander angeordnet sind, insbesondere die Abstände der Spannflächen (28) geringer als die Durchmesser der Spannflächen (28) sind. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (14) außerhalb von Spannwerkzeugen (40), insbesondere als Haltevorrichtung, zur Ladungssicherung einsetzbar ist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (14) mittels Magnetkraft oder Haftkraft an einem vorgefertigten Spannschlitten (60), an einer Spannbacke und / oder unmittelbar an einem zu spannenden Werkstück (16) befestigbar ist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kraftsteuereinheit in der Aktoreinrichtung (18) umfasst ist, so dass eine vordefinierbare Haltkraft der Aktoreinrichtung (18) festlegbar und an eine durch die Bearbeitung des Werkstücks (16) auftretende Kraft anpassbar ist. 20 Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Aktoreinrichtung (18) zumindest ein elektrischer Motor, insbesondere ein Elektromotor und / oder zumindest eine Energiequelle zum Antrieb des elektrischen Motors (62) und / oder zumindest ein Signalempfänger umfasst sind. Spannsystem (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle mit dem elektrischen Motor drahtgebunden oder drahtlos bevorzugt über Funktechnik verbunden ist. Spannsystem (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine primäre oder sekundäre elektrochemische Batterie und / oder zumindest eine Brennstoffzelle und / oder zumindest ein Kondensator und / oder zumindest eine Induktionsspule und / oder zumindest eine Kabelverbindung (74) in der Energiequelle umfasst ist. Spannsystem (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalempfänger entweder in jeder Aktoreinrichtung (18) integriert oder separat von der Aktoreinrichtung (18) angeordnet ist. Spannsystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubbewegung der Aktoreinrichtung (18) hydraulisch und / oder pneumatisch und / oder elektrisch erfolgen kann. - At least one data processing device for controlling a position of the actuator device (18) on the basis of the data from the detection device (36), the data processing device being wired or wirelessly connected to the control device (24). Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator device (18) comprises at least one base unit (46) and at least one attachment unit (48) which can be attached to the base unit in an exchangeable manner and screwed onto the base unit (46), with preferably a The end (44) of the attachment unit (48) has a parallelepipedal shape, a cylindrical shape, a shape of a trigonal prism or a hexagonal prism, and the clamping surface (28) comprises. Clamping system (10) according to claim 1, characterized in that the detection device (36) comprises at least one sensor for detecting the data of the workpiece (16). Clamping system (10) according to Claim 3, characterized in that the sensor is designed as a pressure sensor, force measuring sensor, yaw rate sensor, acceleration sensor, gas and moisture measuring sensor, temperature sensor and/or contact sensor. Clamping system (10) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the detection device (36) is integrated in the actuator device (18), in particular in the attachment unit (48). Clamping system according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device (36) comprises at least one camera. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device (36) comprises at least one transmission device for actively and/or passively transmitting the data of the workpiece (16) to the data processing device, the transmission device being a wired or wireless transmission device, in particular radio, WLAN or RFID transmission device is formed. 19 clamping system (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator device (18) is designed as a clamping ram (22), wherein preferably at least one detection device (36) in the clamping ram (22) is included. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping surface (28) of the actuator device (18) has a diameter of a few millimeters up to one meter. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping surfaces (28) of the at least one, in particular several actuator devices (18) are arranged close to one another, in particular the distances between the clamping surfaces (28) are smaller than the diameter of the clamping surfaces (28 ) are. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (14) can be used outside of clamping tools (40), in particular as a holding device, for load securing. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (14) can be fastened to a prefabricated clamping slide (60), to a clamping jaw and/or directly to a workpiece (16) to be clamped by means of magnetic force or adhesive force. Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one force control unit is included in the actuator device (18), so that a predefinable holding force of the actuator device (18) can be fixed and linked to a force occurring as a result of the machining of the workpiece (16). is customizable. 20 Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that for each actuator device (18) comprises at least one electric motor, in particular an electric motor and/or at least one energy source for driving the electric motor (62) and/or at least one signal receiver are. Clamping system (10) according to Claim 14, characterized in that the energy source is connected to the electric motor by wire or wirelessly, preferably via radio technology. Clamping system (10) according to Claim 14 or 15, characterized in that at least one primary or secondary electrochemical battery and/or at least one fuel cell and/or at least one capacitor and/or at least one induction coil and/or at least one cable connection (74) in the Energy source is included. Clamping system (10) according to Claim 14, characterized in that the signal receiver is either integrated into each actuator device (18) or is arranged separately from the actuator device (18). Clamping system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a lifting movement of the actuator device (18) can take place hydraulically and/or pneumatically and/or electrically.
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