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Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung sowie eine Werkstückadaptervorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer derartigen Haltevorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung.
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Aus der
WO 2015/032 602 A1 ist eine Werkstückadaptervorrichtung sowie eine zugehörige Haltevorrichtung bekannt. Die Werkstückadaptervorrichtung umfasst einen Haltekörper, an dessen erster Seite ein Werkstück fixierbar ist und an dessen zweiter Seite zwei zylinderförmige Aufnahmen ausgebildet sind. Die Werkstückadaptervorrichtung wird mit den Aufnahmen auf Zentrierelemente der Haltevorrichtung aufgesetzt und auf diese Weise positioniert. Zum Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung weist die Haltevorrichtung Schwenkspanner auf, die um eine Schwenkachse drehbar sind und zum Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung in Zwischenräume des Haltekörpers eingreifen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Haltevorrichtung zu schaffen, die ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Haltevorrichtung weist zum Positionieren einer Werkstückadaptervorrichtung zwei Positionierelemente auf, die zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgebildet sind. Das Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung in der x- und der y-Richtung erfolgt derart, dass ein erstes Positionierelement in eine Positioniernut und ein zweites Positionierelement in eine zylinderförmige Positionierausnehmung der Werkstückadaptervorrichtung eingreift. Die Positionierelemente weisen vorzugsweise eine Mittellängsachse auf, die parallel zu der z-Richtung verläuft. Vorzugsweise sind die Positionierelemente zapfenartig ausgebildet und weisen einen zylinderförmigen Positionierabschnitt und einen kegelstumpfförmigen Einführabschnitt auf. Die Positionierelemente weisen einen Durchmesser d auf, wobei für den Durchmesser d gilt: 15 mm ≤ d ≤ 45 mm, insbesondere 20 mm ≤ d ≤ 40 mm, und insbesondere 25 mm ≤ d ≤ 35 mm. Durch den Durchmesser d wird einerseits eine ausreichende Stabilität und andererseits eine geringe thermische Ausdehnung der Positionierelemente erzielt. Zum Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung in der z-Richtung weist die Haltevorrichtung mindestens eine ebene Anlagefläche auf, gegen die die Werkstückadaptervorrichtung mit mindestens einer ebenen Gegen-Anlagefläche anliegt. Die mindestens eine ebene Anlagefläche verläuft vorzugsweise parallel zu einer x-y-Ebene, die durch die x-Richtung und die y-Richtung definiert ist. Vorzugsweise weist die Haltevorrichtung mindestens zwei, insbesondere mindestens vier ebene Anlageflächen auf, die in einer gemeinsamen Ebene liegen. Das Positionieren in der z-Richtung erfolgt somit unabhängig von dem Positionieren in der x- und/oder der y-Richtung. Mittels der Fixiereinrichtung wird eine Werkstückadaptervorrichtung gegen die mindestens eine ebene Anlagefläche angepresst und hierdurch fixiert und endgültig in der z-Richtung positioniert. Durch das mindestens eine linear verlagerbare Spannelement ist das Positionieren und Fixieren einfach, exakt und zuverlässig. Die Spannfläche des mindestens einen Spannelements liegt gegen mindestens eine Gegen-Spannfläche der Werkstückadaptervorrichtung an und ist derart ausgebildet, dass mit einer zunehmenden linearen Verlagerung des mindestens einen Spannelements die Werkstückadaptervorrichtung mit der mindestens einen Gegen-Anlagefläche zunehmend gegen die mindestens eine Anlagefläche gepresst wird. Mit dem Fixieren erfolgt somit gleichzeitig das endgültige Positionieren in der z-Richtung. Das mindestens eine Spannelement ist vorzugsweise in einer parallel zu der x-y-Ebene verlaufenden Verlagerungsrichtung linear verlagerbar. Vorzugsweise ist das mindestens eine Spannelement parallel zu der x-Richtung oder parallel zu der y-Richtung linear verlagerbar.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Dadurch, dass die mindestens eine Fixiereinheit ein Gehäuse umfasst, in dem zwei Spannelemente in unterschiedlichen Richtungen linear verlagerbar angeordnet sind, erfolgt das Fixieren und Positionieren gleichmäßig. Durch die Anordnung der Spannelemente in einem gemeinsamen Gehäuse wird insbesondere eine gleichmäßige hydraulische Betätigung ermöglicht. Dadurch, dass die zwei Spannelemente in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in entgegengesetzten Richtungen linear verlagerbar sind, wird eine unerwünschte Verkippung der Werkstückadaptervorrichtung vermieden. Die zwei Spannelemente sind insbesondere parallel zu der x-Richtung oder parallel zu der y-Richtung in entgegengesetzten Richtungen verlagerbar.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Die mindestens zwei Fixiereinheiten sind insbesondere in der x-Richtung und/oder der y-Richtung beabstandet zueinander an dem Grundkörper angeordnet. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung ermöglicht. Vorzugsweise weist jede der Fixiereinheiten zwei Spannelemente auf, die in einem Gehäuse angeordnet und in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in gegengesetzten Richtungen zueinander linear verlagerbar sind.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Dadurch, dass das erste Positionierelement an dem Gehäuse einer ersten Fixiereinheit und das zweite Positionierelement an dem Gehäuse einer zweiten Fixiereinheit angeordnet ist, ist das Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung in der z-Richtung exakt und zuverlässig möglich. Durch die Anordnung der Positionierelemente an dem jeweiligen Gehäuse ist deren Lage zu der mindestens einen ebenen Anlagefläche exakt festgelegt. Das jeweilige Positionierelement ist vorzugsweise einteilig mit dem Gehäuse bzw. mit einem Gehäuseteil ausgebildet.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Dadurch, dass die mindestens eine ebene Anlagefläche an dem Gehäuse der mindestens einen Fixiereinheit ausgebildet ist, ist diese nahe dem mindestens einen linear verlagerbaren Spannelement und der zugehörigen Spannfläche angeordnet. Hierdurch ist ein exaktes Anpressen der mindestens einen Anlagefläche an mindestens eine Gegen-Anlagefläche der Werkstückadaptervorrichtung möglich. Vorzugsweise weist die Fixiereinrichtung zwei Fixiereinheiten auf, an deren Gehäusen jeweils mindestens eine ebene Anlagefläche ausgebildet ist. Vorzugsweise sind an jedem Gehäuse mindestens zwei ebene Anlageflächen ausgebildet. Die mindestens zwei an einem Gehäuse ausgebildeten ebenen Anlageflächen sind vorzugsweise entlang einer Geraden angeordnet, die insbesondere parallel zu der x-Richtung oder parallel zu der y-Richtung verläuft. Die zwei Fixiereinheiten sind in der x-Richtung und/oder der y-Richtung beabstandet zueinander an dem Grundkörper angeordnet.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Dadurch, dass das mindestens eine Spannelement linear verlagerbar zwischen den zwei ebenen Anlageflächen angeordnet ist, ist ein gleichmäßiges Positionieren und Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung gewährleistet. Die zwei ebenen Anlageflächen sind weit voneinander beabstandet, so dass einerseits durch das Fixieren und Positionieren in der z-Richtung eine Verkippung zu der x-y-Ebene gering ist und andererseits bei einer Werkstückbearbeitung eine hohe Stabilität gegen Verkippung relativ zu der x-y-Ebene gewährleistet ist. Vorzugsweise sind in dem jeweiligen Gehäuse zwei Spannelemente gelagert, die in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in entgegengesetzten Richtungen, linear verlagerbar sind. Die zwei ebenen Anlageflächen sind vorzugsweise entlang einer Geraden an dem Gehäuse ausgebildet, die insbesondere parallel zu der x-Richtung oder parallel zu der y-Richtung verläuft. Die zwei Spannelemente sind insbesondere in entgegengesetzten Richtungen entlang dieser Geraden linear verlagerbar.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Die Spannfläche des jeweiligen Spannelements verläuft in der Verlagerungsrichtung derart, dass mit einer zunehmenden Verlagerung des Spannelements die Werkstückadaptervorrichtung mit mindestens einer Gegen-Anlagefläche zunehmend gegen die mindestens eine Anlagefläche gepresst wird. Vorzugsweise ist die Spannfläche eben ausgebildet. Die Spannfläche verläuft insbesondere unter einem Winkel α zu der mindestens einen Anlagefläche, wobei für den Winkel α insbesondere gilt: 5° ≤ α ≤ 35°, insbesondere 10° ≤ α ≤ 30°, und insbesondere 15° ≤ α ≤ 25°. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 20°.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 8 gewährleistet ein einfaches und zuverlässiges Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Die Fixiereinrichtung weist mindestens eine, insbesondere mindestens zwei Fixiereinheiten auf. Jede Fixiereinheit umfasst eine hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Einheit, mittels der das mindestens eine Spannelement linear verlagerbar ist. Vorzugsweise weist die Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere ein Kolben mit Betätigungsflächen auf, die schräg zu einer Betätigungsrichtung verlaufen, so dass eine lineare Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit in einer linearen Verlagerungsbewegung von zwei Spannelementen resultiert. Die zwei Spannelemente werden durch die lineare Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit insbesondere in unterschiedlichen Richtungen, vorzugsweise in entgegengesetzten Richtungen linear verlagert. Die jeweilige Kolben-Zylinder-Einheit weist beispielsweise einen Zylinder auf, in dem ein Kolben parallel zu der z-Richtung linear verlagerbar ist. An dem Kolben sind zwei Betätigungsflächen ausgebildet, die unter einem Winkel β zu der z-Richtung verlaufen. Der Winkel β beträgt beispielsweise 25°. An einem in dem Gehäuse der jeweiligen Fixiereinheit angeordneten Ende der Spannelemente ist eine Gegen-Betätigungsfläche ausgebildet, die entsprechend zu der zugehörigen Betätigungsfläche verläuft. Durch eine lineare Verlagerung des Kolbens parallel zu der z-Richtung werden die Spannelemente in entgegengesetzten Richtungen parallel zu der x-y-Ebene linear verlagert. Die Betätigungsflächen sind vorzugsweise durch ein Betätigungselement ausgebildet, das an dem Kolben befestigt ist.
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Eine Haltevorrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet ein zuverlässiges Fixieren einer Werkstückadaptervorrichtung. Vorzugsweise ist die Überwachungseinrichtung pneumatisch ausgebildet. Hierzu weist eine jeweilige Fixiereinheit der Fixiereinrichtung mindestens einen Überwachungskanal auf, der derart angeordnet ist, dass dieser in einer Spannstellung und einer Entspannstellung der Fixiereinheit unterschiedliche Zustände aufweist. Der Überwachungskanal ist beispielsweise in einer Entspannstellung in einem geöffneten Zustand und in einer Spannstellung in einem geschlossenen Zustand oder umgekehrt.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine einfache Werkstückadaptervorrichtung zu schaffen, die ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkstückadaptervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Zum Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung an der Haltevorrichtung sind an dem Tragkörper eine zylinderförmige Positionierausnehmung und eine Positioniernut angeordnet. Ein erstes Positionierelement der Haltevorrichtung greift in die Positioniernut ein, wohingegen ein zweites Positionierelement der Haltevorrichtung in die zylinderförmige Positionierausnehmung eingreift. Die Positioniernut ermöglicht eine thermische Längenausdehnung des Tragkörpers. Hierdurch ist eine exakte Positionierung in der x-Richtung und der y-Richtung mittels der zylinderförmigen Positionierausnehmung und dem darin angeordneten Positionierelement möglich. Durch die Positioniernut und das darin angeordnete Positionierelement erfolgt lediglich noch die Ausrichtung in einer x-y-Ebene, die durch die x-Richtung und die y-Richtung definiert ist. Die zylinderförmige Positionierausnehmung und die Positioniernut ermöglichen somit in einfacher Weise eine exakte und gegenüber thermischen Längenausdehnungen robuste Positionierung in der x- und der y-Richtung. Zum Positionieren in der z-Richtung weist die Werkstückadaptervorrichtung mindestens eine ebene Gegen-Anlagefläche auf, die gegen mindestens eine ebene Anlagefläche der Haltevorrichtung anliegt. Das Positionieren in der z-Richtung erfolgt somit unabhängig von dem Positionieren in der x- und der y-Richtung. Zum Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung an der Haltevorrichtung und zum endgültigen Positionieren in der z-Richtung ist an dem Tragkörper mindestens eine Gegen-Spannfläche angeordnet, gegen die im gespannten Zustand der Werkstückadaptervorrichtung eine Spannfläche mindestens eines Spannelements der Haltevorrichtung anliegt und die mindestens eine ebene Gegen-Anlagefläche gegen mindestens eine Anlagefläche der Haltevorrichtung presst. Die Werkstückadaptervorrichtung ist mittels der Haltevorrichtung einfach, exakt und zuverlässig positionierbar und fixierbar, so dass ein an der Werkstückadaptervorrichtung befestigtes Werkstück einfach, exakt und zuverlässig positionierbar und fixierbar ist.
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Eine Werkstückadaptervorrichtung nach Anspruch 11 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung. Dadurch, dass die zylinderförmige Positionierausnehmung und die Positioniernut in der x-Richtung beabstandet sind, wird eine exakte Ausrichtung der mittels der Positionierausnehmung festgelegten Werkstückadaptervorrichtung erzielt. Die Ausrichtung ist umso exakter, je weiter die Positionierausnehmung und die Positioniernut in der x-Richtung voneinander beabstandet sind. Infolge von Temperaturschwankungen und einer daraus resultierenden thermischen Längenausdehnung des Tragkörpers sind die zylindrische Positionierausnehmung und die Positioniernut jedoch nicht konstant beabstandet. Dadurch, dass sich die Positioniernut in der x-Richtung erstreckt, ermöglicht diese einen Längenausgleich des Tragkörpers.
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Eine Werkstückadaptervorrichtung nach Anspruch 12 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung. Die Gegen-Anlageflächen sind insbesondere entlang einer Geraden angeordnet, die parallel zu der y-Richtung verläuft. Vorzugsweise sind die Gegen-Anlageflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die gemeinsame Ebene verläuft insbesondere parallel zu der x-y-Ebene. Dadurch, dass die zylinderförmige Positionierausnehmung zwischen zwei ebenen Gegen-Anlageflächen angeordnet ist, sind die Gegen-Anlageflächen weit voneinander beabstandet. Hierdurch ist die Werkstückadaptervorrichtung exakt in der z-Richtung positionierbar, da eine Verkippung relativ zu der x-y-Ebene zuverlässig vermeidbar ist. Zudem weist die Werkstückadaptervorrichtung in einem gespannten Zustand eine hohe Stabilität gegenüber einer Verkippung relativ zu der x-y-Ebene bei der Bearbeitung eines Werkstücks auf.
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Eine Werkstückadaptervorrichtung nach Anspruch 13 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung. Die Gegen-Anlageflächen sind insbesondere entlang einer Geraden angeordnet, die parallel zu der y-Richtung verläuft. Vorzugsweise sind die Gegen-Anlageflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die gemeinsame Ebene verläuft insbesondere parallel zu der x-y-Ebene. Dadurch, dass die Positioniernut zwischen zwei ebenen Gegen-Anlageflächen angeordnet ist, sind diese weit voneinander beabstandet. Hierdurch wird einerseits ein exaktes Positionieren in der z-Richtung gewährleistet, da eine Verkippung relativ zu der x-y-Ebene zuverlässig vermieden wird, und andererseits bei der Bearbeitung eines Werkstücks eine hohe Stabilität gegenüber einer Verkippung relativ zu der x-y-Ebene erzielt.
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Eine Werkstückadaptervorrichtung nach Anspruch 14 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung. Dadurch, dass die mindestens eine Gegen-Spannfläche in der z-Richtung unmittelbar oberhalb der mindestens einen Gegen-Anlagefläche angeordnet ist, wird die Werkstückadaptervorrichtung mittels mindestens eines Spannelements der Haltevorrichtung und der zugehörigen Spannfläche zuverlässig gegen mindestens eine Anlagefläche der Haltevorrichtung gepresst. Vorzugsweise weist die Werkstückadaptervorrichtung mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Gegen-Anlageflächen auf, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und in der x-Richtung und/oder der y-Richtung voneinander beabstandet sind. Die gemeinsame Ebene verläuft insbesondere parallel zu der x-y-Ebene. Die Werkstückadaptervorrichtung ist mittels der jeweiligen Gegen-Spannfläche mit der zugehörigen Gegen-Anlagefläche exakt und zuverlässig gegen die mindestens eine Anlagefläche der Haltevorrichtung anpressbar.
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Eine Werkstückadaptervorrichtung nach Anspruch 15 gewährleistet ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks mittels einer Haltevorrichtung. Dadurch, dass die mindestens eine Gegen-Spannfläche schräg zu der Gegen-Anlagefläche verläuft, wird die Werkstückadaptervorrichtung mittels einer linearen Verlagerung des mindestens einen Spannelements einer Haltevorrichtung mit der mindestens einen Gegen-Anlagefläche zunehmend gegen mindestens eine Anlagefläche der Haltevorrichtung gepresst und somit in der z-Richtung exakt positioniert und fixiert. Die mindestens eine Gegen-Spannfläche verläuft insbesondere mit einem Winkel α relativ zu der x-y-Ebene und/oder der mindestens einen Gegen-Anlagefläche, wobei für den Winkel α insbesondere gilt: 5° ≤ α ≤ 35°, insbesondere 10° ≤ α ≤ 30°, und insbesondere 15° ≤ α ≤ 25°. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 20°.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine einfache Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung zu schaffen, die ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines Werkstücks ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung und der erfindungsgemäßen Werkstückadaptervorrichtung. Zum exakten Positionieren in der x-Richtung und der y-Richtung werden das erste Positionierelement in der Positioniernut und das zweite Positionierelement in der zylinderförmigen Positionierausnehmung angeordnet. Hierdurch sind die Werkstückadaptervorrichtung und das daran befestigte Werkstück in der x- und der y-Richtung exakt und zuverlässig positioniert. Die Positioniernut ermöglicht einen Längenausgleich bei einer thermischen Längenausdehnung des Tragkörpers der Werkstückadaptervorrichtung. Zum Positionieren in der z-Richtung wird die Werkstückadaptervorrichtung mittels der mindestens einen Gegen-Anlagefläche gegen die zugehörige mindestens eine Anlagefläche der Haltevorrichtung gepresst. Hierzu wird das mindestens eine Spannelement linear verlagert, so dass die zugehörige Spannfläche gegen die mindestens eine Gegen-Spannfläche anliegt und ein Anpressen der mindestens einen Gegen-Anlagefläche an die mindestens eine Anlagefläche in der z-Richtung bewirkt. Das Positionieren in der z-Richtung erfolgt somit unabhängig von dem Positionieren in der x- und der y-Richtung. Durch das Fixieren mittels des mindestens einen Spannelements erfolgt zugleich ein exaktes Positionieren in der z-Richtung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung mit einer mittels einer Haltevorrichtung positionierten und fixierten Werkstückadaptervorrichtung,
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2 eine perspektivische Ansicht der Haltevorrichtung in 1 ohne die Werkstückadaptervorrichtung,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Unterseite der Werkstückadaptervorrichtung in 1,
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4 eine Schnittansicht der Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung entlang der Schnittlinie IV-IV in 1,
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5 eine Schnittansicht der Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung entlang der Schnittlinie V-V in 1 in einem ungespannten Zustand, und
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6 eine Schnittansicht der Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung entsprechend 5 in einem gespannten Zustand.
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Eine Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 umfasst eine Haltevorrichtung 2 und eine Werkstückadaptervorrichtung 3. Die Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 ist beispielsweise Teil einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks. Das zu bearbeitende Werkstück ist beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors.
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Die Haltevorrichtung 2 dient zum Positionieren und Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung 3. Hierzu ist die Haltevorrichtung 2 beispielsweise an einer Positioniervorrichtung einer Werkzeugmaschine befestigt. Die Haltevorrichtung 2 umfasst einen Grundkörper 4, der durch eine Grundplatte 5 und endseitig daran befestigte Befestigungsplatten 6 gebildet ist. Die Grundplatte 5 erstreckt sich in einer x-Richtung und einer senkrecht zu dieser verlaufenden y-Richtung. Demgegenüber erstrecken sich die Befestigungsplatten 6 in der y-Richtung und in einer senkrecht zu der x- und der y-Richtung verlaufenden z-Richtung. Die x-, y- und z-Richtung bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
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Die Haltevorrichtung 2 umfasst eine Fixiereinrichtung 7 mit zwei Fixiereinheiten 8, 9, die in der x-Richtung beabstandet voneinander an der Grundplatte 5 befestigt sind. Die Grundplatte 5 weist zur Aufnahme der Fixiereinheiten 8, 9 Durchgangsöffnungen 10, 11 auf, in denen die Fixiereinheiten 8, 9 teilweise aufgenommen sind. Die Fixiereinheiten 8, 9 umfassen jeweils eine Anschlussplatte 12 und ein daran befestigtes Gehäuse 13 mit einem ersten unteren Gehäuseteil 14 und einem zweiten oberen Gehäuseteil 15. Die jeweilige Anschlussplatte 12 ist in der zugehörigen Durchgangsöffnung 10, 11 befestigt. Die Anschlussplatten 12 weisen eine jeweilige Anschlussplatten-Durchgangsöffnung 16 auf, in die sich teilweise das jeweilige erste Gehäuseteil 14 mit einem ersten Ringabschnitt 17 erstreckt. Ein zweiter Ringabschnitt 18 des jeweiligen ersten Gehäuseteils 14 liegt an einer Oberseite 19 der jeweiligen Anschlussplatte 12 gegen diese an. Das jeweilige zweite Gehäuseteil 15 ist an dem zugehörigen ersten Gehäuseteil 14 befestigt und bildet mit diesem einen jeweiligen Innenraum 20 aus. Hierzu weist das jeweilige zweite Gehäuseteil einen umlaufenden Randabschnitt 21 und einen einteilig daran befestigten plattenförmigen Deckelabschnitt 22 auf.
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In dem Innenraum 20 des jeweiligen Gehäuses 13 sind zwei Spannelemente 23, 24 angeordnet, die sich durch in dem Ringabschnitt 21 ausgebildete Gehäuse-Durchgangsöffnungen 25, 26 aus dem jeweiligen Gehäuse 13 erstrecken. Die Gehäuse-Durchgangsöffnungen 25, 26 sind entlang einer Geraden, die parallel zu der y-Richtung verläuft, fluchtend zueinander angeordnet, so dass die Spannelemente 23, 24 in entgegengesetzten Verlagerungsrichtungen 27, 28 linear und parallel zu der y-Richtung verlagerbar sind. Die Spannelemente 23, 24 sind somit parallel zu einer x-y-Ebene, die durch die x-Richtung und die y-Richtung definiert ist, verlagerbar.
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Zum Verlagern der Spannelemente 23, 24 weist die jeweilige Fixiereinheit 8, 9 eine Kolben-Zylinder-Einheit 29 mit einem Zylinder 30 und einem darin entlang einer Kolbenachse 31 verlagerbaren Kolben 32 auf. Die Kolbenachse 31 definiert eine Betätigungsrichtung des Kolbens 32. Der jeweilige Zylinder 30 ist in der Anschlussplatten-Durchgangsöffnung 16 angeordnet und erstreckt sich in eine untere Gehäuse-Durchgangsöffnung 33, die in dem jeweiligen ersten Gehäuseteil 14 ausgebildet ist, derart, dass sich der Kolben 32 in den Innenraum 20 erstreckt. An dem Kolben 32 ist endseitig ein Betätigungselement 34 mit zwei einander gegenüberliegenden Betätigungsflächen 35, 36 ausgebildet. Die Betätigungsflächen 35, 36 schließen mit der Kolbenachse 31 einen Winkel β ein und sind jeweils einem der Spannelemente 23, 24 zugewandt. Für den Winkel β gilt insbesondere: 10° ≤ β ≤ 40°, insbesondere 15° ≤ β ≤ 35° und insbesondere 20° ≤ β ≤ 30°. Der Winkel β beträgt beispielsweise 25°. Die jeweilige Kolbenachse 31 verläuft parallel zu der z-Richtung. Zum linearen Verlagern der Spannelemente 23, 24 weisen diese Gegen-Betätigungsflächen 37, 38 auf, die den Betätigungsflächen 35, 36 zugewandt sind und in entsprechender Weise einen Winkel β mit der Kolbenachse 31 einschließen. Die Kolben-Zylinder-Einheiten 29 sind in üblicherweise hydraulisch betätigbar.
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Zum Spannen der Werkstückadaptervorrichtung 3 weisen die Spannelemente 23, 24 jeweils eine Spannfläche 39, 40 auf, die an einem Ende des jeweiligen Spannelements 23, 24 gegenüberliegend zu der jeweiligen Gegen-Betätigungsfläche 37, 38 ausgebildet ist. Die Spannflächen 39, 40 sind dem ersten Gehäuseteil 14 zugewandt und eben ausgebildet. Die Spannflächen 39, 40 verlaufen zu der x-y-Ebene unter einem Winkel α, wobei für den Winkel α gilt: 5° ≤ α ≤ 35°, insbesondere 10° ≤ α ≤ 30° und insbesondere 15° ≤ α ≤ 25°. Der Winkel α ist beispielsweise 20°. Die Spannflächen 39, 40 verlaufen somit unter dem Winkel α schräg zu der jeweiligen Verlagerungsrichtung 27, 28.
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Zum Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung 3 in der x-Richtung und der y-Richtung umfasst die Haltevorrichtung 2 ein erstes Positionierelement 41 und ein zweites Positionierelement 42. Die Positionierelemente 41, 42 sind zapfenartig ausgebildet. Die Positionierelemente 41, 42 sind an dem Deckelabschnitt 22 der jeweiligen Fixiereinheit 8, 9 angeordnet und insbesondere mit dem jeweiligen Deckelabschnitt 22 einteilig ausgebildet. Die Positionierelemente 41, 42 weisen eine Mittellängsachse 43 auf, die parallel zu der z-Richtung verläuft. Die Positionierelemente 41, 42 weisen jeweils einen zylinderförmigen Positionierabschnitt 44 und einen kegelstumpfförmigen Einführabschnitt 45 auf, die konzentrisch zu der Mittellängsachse 43 ausgebildet sind. Mittels der Fixereinheiten 8, 9 sind die Positionierelemente 41, 42 somit an dem Grundkörper 4 befestigt. Die Positionierabschnitte 44 haben einen Durchmesser d, wobei für den Durchmesser d gilt: 15 mm ≤ d ≤ 45 mm, insbesondere 20 mm ≤ d ≤ 40 mm, und insbesondere 25 mm ≤ d ≤ 35 mm.
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Zum Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung 3 in der z-Richtung sind an jeder der Fixiereinheiten 8, 9 zwei ebene Anlageflächen 46, 47 ausgebildet. Die Anlageflächen 46, 47 sind in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet, die parallel zu der x-y-Ebene verläuft. Die Anlageflächen 46, 47 sind an dem zweiten Ringabschnitt 18 des jeweiligen ersten Gehäuseteils 14 ausgebildet und liegen in der z-Richtung betrachtet unterhalb der Spannflächen 39, 40. Die Spannflächen 39, 40 verlaufen somit unter dem Winkel α relativ zu den zugehörigen Anlageflächen 46, 47, so dass durch eine lineare Verlagerung der Spannelemente 23, 24 die Werkstückadaptervorrichtung 3 gegen die ebenen Anlageflächen 46, 47 anpressbar ist. Die Spannelemente 23, 24 sind somit entlang einer parallel zu der y-Richtung verlaufenden Geraden im Wesentlichen zwischen den Anlageflächen 46, 47 angeordnet.
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Die Haltevorrichtung 2 weist ferner eine Überwachungseinrichtung 48 auf, die zur Positionsüberwachung der Spannelemente 23, 24 dient. Mittels der Überwachungseinrichtung 48 ist eine Spannstellung bzw. ein Entspannstellung der Spannelemente 23, 24 detektierbar. Die Überwachungseinrichtung 48 ist pneumatisch ausgebildet. Hierzu ist in der jeweiligen Fixiereinheit 8, 9 für jedes der Spannelemente 23, 24 ein Überwachungskanal 49, 50 ausgebildet. Der jeweilige Überwachungskanal 49, 50 erstreckt sich durch die Anschlussplatte 12 und das zugehörige Gehäuse 13 und erstreckt sich weiter durch das jeweilige Spannelement 23, 24 derart, dass in der Entspannstellung der jeweilige Überwachungskanal 49, 50 nicht unterbrochen ist und in der Spannstellung der jeweilige Überwachungskanal 49, 50 aufgrund der linearen Verschiebung der Spannelemente 23, 24 durch diese unterbrochen ist. Die Überwachungseinrichtung 48 weist eine nicht näher dargestellte Pneumatikpumpe auf, mittels der Luft durch die Überwachungskanäle 49, 50 förderbar ist. Mittels eines nicht näher dargestellten Druck-Messsensors ist ein Druck in den Überwachungskanälen 49, 50 messbar. Mittels des gemessenen Drucks ist die Spannstellung bzw. die Entspannstellung der Spannelemente 23, 24 detektierbar.
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Die Werkstückadaptervorrichtung 3 dient zum Positionieren und Fixieren eines zu bearbeitenden Werkstücks mittels der Haltevorrichtung 2. Die Werkstückadaptervorrichtung 3 weist einen Tragkörper 51 mit einer der Haltevorrichtung 2 abgewandten ersten Seite 52 und einer der Haltevorrichtung 2 zugewandten zweiten Seite 53 auf. An der ersten Seite 52 sind in üblicher Weise mehrere Befestigungselemente 54 zum Fixieren des zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet. An der zweiten Seite 53 ist an dem Tragkörper 51 eine zylinderförmige Positionierausnehmung 55 und eine Positioniernut 56 ausgebildet.
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Die nachfolgend angegebenen Richtungen beziehen sich auf die Werkstückadaptervorrichtung 3, wenn diese an der Haltevorrichtung 2 gespannt ist, also auf das im Zusammenhang mit der Haltevorrichtung 2 definierte kartesische Koordinatensystem und die x-, y- und z-Richtung. Die zylinderförmige Positionierausnehmung 55 weist eine parallel zu der z-Richtung verlaufende Mittellängsachse 57 auf und ist derart an das zugehörige Positionierelement 42 angepasst, dass dieses möglichst exakt in der Positionierausnehmung 55 positionierbar ist. Die Positioniernut 56 ist in der x-Richtung beabstandet zu der Positionierausnehmung 55 angeordnet und fluchtet in der y-Richtung mit der Positionierausnehmung 55. Um einen Längenausgleich infolge einer thermischen Längenausdehnung des Tragkörpers 51 zu ermöglichen, erstreckt sich die Positioniernut 55 parallel zu der x-Richtung. Eine Breite der Positioniernut 56 in der y-Richtung ist derart an das zugehörige Positionierelement 41 angepasst, dass dieses möglichst exakt in der Positioniernut 56 positionierbar ist.
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Zum Positionieren der Werkstückadaptervorrichtung 3 in der z-Richtung weist diese Gegen-Anlageflächen 58, 59 auf, die jeweils paarweise der Positionierausnehmung 55 und der Positioniernut 56 zugeordnet sind. Die Gegen-Anlageflächen 58, 59 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die parallel zu der x-y-Ebene verläuft. Jeweils zwei Gegen-Anlageflächen 58, 59 sind entlang einer parallel zu der y-Richtung verlaufenden Geraden benachbart zu der Positionierausnehmung 55 und der Positioniernut 56 angeordnet, so dass die Positionierausnehmung 55 und die Positioniernut 56 jeweils zwischen zwei Gegen-Anlageflächen 58, 59 liegt. Die Gegen-Anlageflächen 58, 59 sind an der zweiten Seite 53 des Tragkörpers 51 angeordnet.
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Zum Spannen der Werkstückadaptervorrichtung 3 sind an der zweiten Seite 53 des Tragkörpers 51 Gegen-Spannflächen 60, 61 angeordnet, die jeweils einer Gegen-Anlagefläche 58, 59 zugeordnet sind. Die Gegen-Spannflächen 60, 61 sind in der z-Richtung oberhalb der jeweils zugehörigen Gegen-Anlagefläche 58, 59 angeordnet. Die Gegen-Spannflächen 60, 61 sind somit entsprechend den Gegen-Anlageflächen 58, 59 entlang einer parallel zu der y-Richtung verlaufenden Geraden benachbart zu der Positionierausnehmung 55 und der Positioniernut 56 angeordnet, so dass die Positionierausnehmung 55 und die Positioniernut 56 jeweils zwischen zwei Gegen-Spannflächen 60, 61 angeordnet sind. Die Gegen-Spannflächen 60, 61 sind eben ausgebildet und verlaufen zum Anpressen der Gegen-Anlageflächen 58, 59 an die zugehörigen Anlageflächen 46, 47 unter dem Winkel α zu den Gegen-Anlageflächen 58, 59.
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Zur Ausbildung der Gegen-Anlageflächen 58, 59 und der Gegen-Spannflächen 60, 61 weist der Tragkörper 51 eine Tragplatte 62 auf, an der Positionier-Fixier-Elemente 63 befestigt sind. An jedem der Positionier-Fixier-Elemente 63 ist in der beschriebenen Weise eine Gegen-Anlagefläche 58 bzw. 59 und eine Gegen-Spannfläche 60 bzw. 61 ausgebildet.
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Ist die Werkstückadaptervorrichtung 3 mittels der Haltevorrichtung 2 fixiert und an dieser positioniert, so bilden die Haltevorrichtung 2 und die Werkstückadaptervorrichtung 3 die Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1. In diesem positionierten und fixierten Zustand ist das erste Positionierelement 41 in der Positioniernut 56 und das zweite Positionierelement 42 in der Positionierausnehmung 55 angeordnet. Weiterhin sind die Spannelemente 23, 24 in der jeweiligen Verlagerungsrichtung 27, 28 verlagert, so dass die Spannflächen 39, 40 gegen die zugehörigen Gegen-Spannflächen 60, 61 anliegen und die Werkstückadaptervorrichtung 3 mit den Gegen-Anlageflächen 58, 59 gegen die zugehörigen Anlageflächen 46, 47 angepresst und in der z-Richtung positioniert ist.
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Die Funktionsweise der Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 ist wie folgt:
Ein zu bearbeitendes Werkstück wird mittels der Befestigungselemente 46 an der Werkstückadaptervorrichtung 3 positioniert und fixiert. Die Werkstückadaptervorrichtung 3 wird anschließend derart an der Haltevorrichtung 2 positioniert, dass das erste Positionierelement 41 die Positioniernut 56 und das zweite Positionierelement 42 in die Positionierausnehmung 55 eingreift und die Gegen-Anlageflächen 58, 59 gegen die zugehörigen Anlageflächen 46, 47 anliegen. Durch das Eingreifen der Positionierelemente 41, 42 in die Positionierausnehmung 55 und die Positioniernut 56 ist die Werkstückadaptervorrichtung 3 in der x- und der y-Richtung an der Haltevorrichtung 2 positioniert. Zudem ermöglicht die Positioniernut 56 einen Längenausgleich bei thermischen Längenausdehnungen des Tragkörpers 51. Zum Fixieren der Werkstückadaptervorrichtung 3 werden die ersten Spannelemente 23 in der Verlagerungsrichtung 27 und die zweiten Spannelemente 24 in der Verlagerungsrichtung 28 linear verlagert, so dass die zugehörigen Spannflächen 39, 40 gegen die Gegen-Spannflächen 60, 61 gepresst werden. Hierdurch wird die Werkstückadaptervorrichtung 3 einerseits mittels der Haltevorrichtung 2 fixiert und andererseits wird die Werkstückadaptervorrichtung 3 mit den Gegen-Anlageflächen 58, 59 an die zugehörigen Anlageflächen 46, 47 gepresst, wodurch eine abschließende Positionierung in der z-Richtung stattfindet.
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Zum Spannen werden die Spannelemente 23, 24 mittels der Kolben-Zylinder-Einheiten 29 betätigt. Der jeweilige Kolben 32 wird in Richtung des zugehörigen Zylinders 30 gezogen, wodurch das jeweilige Betätigungselement 34 mit den Betätigungsflächen 35, 36 eine Spreizkraft auf die Gegen-Betätigungsflächen 37, 38 der Spannelemente 23, 24 ausübt und diese in den Verlagerungsrichtungen 27, 28 linear verlagert. Durch das Verlagern der Spannelemente 23, 24 werden die Überwachungskanäle 49, 50 unterbrochen, wodurch der Luftdruck ansteigt. Dies wird durch die Überwachungseinrichtung 48 gemessen, so dass die Spannstellung bzw. die Entspannstellung detektiert wird.
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Zum Lösen der Werkstückadaptervorrichtung 3 werden die Kolben 32 aus dem zugehörigen Zylinder 30 ausgefahren, wodurch von dem jeweiligen Betätigungselement 34 keine Spreizkraft mehr auf die Spannelemente 23, 24 ausgeübt wird. Aufgrund der schräg verlaufenden Spannflächen 39, 40 werden die ersten Spannelemente 23 selbsttätig in der Verlagerungsrichtung 28 und die zweiten Spannelemente 24 in der Verlagerungsrichtung 27 verlagert, wodurch die Werkstückadaptervorrichtung 3 gelöst wird. Die Werkstückadaptervorrichtung 3 wird von der Haltevorrichtung 2 entfernt, so dass ein weiteres zu bearbeitendes Werkstück, das an einer weiteren Werkstückadaptervorrichtung 3 fixiert ist, mittels der Haltevorrichtung 2 gespannt werden kann.
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Die Haltevorrichtung 2 und die Werkstückadaptervorrichtung 3 ermöglichen ein exaktes und zuverlässiges Positionieren und Fixieren eines zu bearbeitenden Werkstücks. Die Positionierelemente 41, 42 haben in der Positionierausnehmung 55 und der Positioniernut 56 ein Passungsspiel zwischen 0,003 μm und 0,005 μm, insbesondere von 0,004 μm. Die Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 ist unempfindlich gegen Verschmutzung und thermische Längenausdehnungen und weist eine hohe Steifigkeit auf. Die Positionierelemente 41, 42 ermöglichen insbesondere auch eine Aufnahme von Querkräften, die bei einer Werkstückbearbeitung auftreten. Eine Spannstellung und eine Entspannstellung der Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 ist zuverlässig pneumatisch detektierbar. Die Haltevorrichtung-Werkstückadaptervorrichtung-Anordnung 1 ist zudem einfach aufgebaut und ermöglicht ein schnelles Be- und Entladen bzw. Spannen und Entspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks sowie eine freie Zugänglichkeit zu einem zu bearbeitenden Werkstück.
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Das Spannen der Werkstückadaptervorrichtung 3 erfolgt über ein Gleitbackenprinzip gegen eine Plananlage, wodurch eine Positionierung in der z-Richtung stattfindet. Hiervon getrennt erfolgt das Positionieren in der x- und y-Richtung mittels der Positionierelemente 41, 42 und der Positionierausnehmung 55 sowie der Positioniernut 56.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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