DE102004031863B3

DE102004031863B3 - Vorrichtung zur Fixierung von insbesondere flächenhaften Werkstücken mit einer Anlagefläche

Info

Publication number: DE102004031863B3
Application number: DE102004031863A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Paspirgilis
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: RU2006145544A; WO2006002929A1; BRPI0512258A; JP4876238B2; US8272630B2; CA2568518A1; EP1768816B1; ATE529216T1; EP1768816A1; RU2382694C2; CA2568518C; CN100503139C; CN1976779A; US20080048373A1; JP2008504132A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung von insbesondere flächenhaften Werkstücken 1, 9 mit einer Anlagefläche 2. Erfindungsgemäß ist die Anlagefläche 2 biegsam ausgebildet und weist mindestens ein Halteorgan auf.
Infolge der biegsamen Ausgestaltung der Anlagefläche 2 ist eine Anpassung der Vorrichtung an verschiedene Werkstücke 1, 9 mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien möglich.
Das oder die Halteorgane sind vorzugsweise durch Kugeln 5 gebildet, die mittels eines elastischen Flächengebildes 8 federnd in Öffnungen 6, die insbesondere in der Form von Bohrungen ausgebildet sind, zur luftdichten Abdichtung gehalten werden. Zwischen dem elastischen Flächengebilde 8 und der Anlagefläche 2 besteht ein Unterdruck, sodass ein auf der Anlagefläche 2 aufliegendes Werkstück 1, 9 infolge des Unterdrucks bzw. Umgebungsluftdrucks auf die Anlagefläche 2 gepresst wird.
Die Kugeln 5 werden nur im Bereich einer Auflagefläche 11 durch das Gewicht des Werkstücks 1, 9 aus den Bohrungen herausgedrückt, sodass auch bei Werkstücken 1, 9 mit großflächigeren Ausnehmungen 10 der Unterdruck nicht entweichen bzw. eine Umgebungsluft einströmen kann. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Werkstücke 1, 9 mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien und Ausnehmungen 10 mit ein und derselben Vorrichtung zur Bearbeitung fixieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung von insbesondere flächenhaften Werkstücken mit einer Anlagefläche.
Vorrichtungen zur Fixierung von Werkstücken während der Durchführung von Bearbeitungsprozessen aller Art sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Variationen bekannt.

Sollen beispielsweise Schweiß- oder Nietarbeiten an größeren Bauteilen vorgenommen werden, so ist eine Abstützung bzw. Fixierung des Bauteils mit einer entsprechend geformten Aufnahmevorrichtung während der Durchführung der Bearbeitungsprozesse erforderlich. Hierdurch wird zum einen das Verziehen des Bauteils vermieden. Zum anderen wird das Bauteil während der Durchführung der Schweißarbeiten sicher und fest gehalten. Eine bekannte Aufnahmevorrichtung, insbesondere Schweißschale, weist beispielsweise zur Fixierung des Bauteils auf ihrer dem Bauteil zugewandten Oberseite eingefräste Kanäle auf, durch die ein Unterdruck unterhalb des aufliegenden Bauteils erzeugt werden kann, sodass der Umgebungsluftdruck das Bauteil fest an die Aufnahmevorrichtung andrückt und somit die mechanische Fixierung bewirkt. Die Oberflächengeometrie der Aufnahmevorrichtung ist hierbei dem zu bearbeitenden Bauteil angepasst. Derartige Aufnahmevorrichtungen sind häufig aus einem metallischen Material gebildet.

Weist das zu bearbeitende Bauteil beispielsweise Ausnehmungen auf, so muss die Aufnahmevorrichtung entsprechend angepasst werden. Im Bereich der Ausnehmungen des Bauteils dürfen beispielsweise keine Kanäle verlaufen, da ansonsten kein wirksamer Unterdruck unterhalb des Bauteils gebildet werden kann. Dieses Erfordernis bedingt eine zeit- und kostenintensive Anpassung der Aufnahmevorrichtung bei konstruktiven Veränderungen des Bauteils. Im Bereich von neu eingebrachten Bauteilausnehmungen verlaufende Kanäle müssen wieder zugeschweißt werden oder es müssen neue Kanäle in anderen Bereichen des Bauteils in die Aufnahmevorrichtung eingefräst werden.

Aus der DE 296 13 784 U1 ist eine Kontaktsaugplatte mit Kontaktsaugventilen bekannt, bei der eine Saugplatte eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die mittels eines Leitungssystems evakuierbar sind. Die Kontaktsaugventile weisen mit Federn vorgespannte Kugeln auf, die in ihrer Ruheposition die Öffnungen verschließen. Bei Kontakt mit einem Abschnitt eines Werkstücks werden die Kugeln aus ihrer Ruheposition herausgedrückt und geben die Öffnungen frei, sodass das Werkstück angesaugt und festgehalten wird.

Aus der DE 297 17 608 U1 ist eine Greifvorrichtung mit mindestens einer Saugmatte bekannt, die ebenfalls eine Vielzahl von Saugöffnungen aufweist. Um nicht belegte Saugöffnungen absperren zu können, befindet sich hinter jeder Saugöffnung ein Absperrventil, mit dem die nicht belegten Saugöffnungen abgesperrt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine universelle Aufnahmevorrichtung zu schaffen, die eine Fixierung unterschiedlich ausgebildeter Bauteile mit unter Umständen vorhandenen Bauteilausnehmungen für eine Bearbeitung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Anlagefläche biegsam ausgebildet ist und die Verschlussorgane mittels eines elastischen Flächengebildes federnd in den Öffnungen gehalten wird, können Bauteile mit verschiedenen geometrischen Abmessungen bzw. differierenden Bauteilausnehmungen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur weiteren Bearbeitung durch Unterdruck bzw. die Wirkung des Umgebungsluftdrucks auf der Anlagefläche fixiert werden. Das elastische Flächengebilde hält hierbei die Verschlussorgane federnd in den Öffnungen, so dass die Verschlussorgane nicht aus den Öffnungen herausfallen können. Darüber hinaus übt das elastische Flächengebilde auf die Verschlussorgane eine definierte Kraft aus, sodass diese mit einer bestimmten Vorspannung die Öffnungen verschließen.

Daher geben die Ver schlussorgane nur in denjenigen Bereichen die Öffnungen frei, in denen ein Werkstück mit ausreichender Flächenpressung aufliegt. Schließlich wird durch das elastische Flächengebilde zwischen diesem und der Anlagefläche ein allseitig geschlossener Raum gebildet, in dem ein Unterdruck aufgebaut werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass in einem Bereich zwischen der Anlagefläche und dem elastischen Flächengebilde ein Unterdruck besteht.

Hierdurch wird das Werkstück infolge des Umgebungsluftdrucks im Idealfall nahezu vollflächig auf die Anlagefläche gepresst.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Verschlussorgane im Bereich einer Auflagefläche eines Werkstücks aus den Öffnungen herausdrückbar, wodurch das Werkstück infolge des Umgebungsluftdrucks an die Anlagefläche gedrückt wird.

Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, dass die Halteorgane bzw. der über die Öffnungen in Verbindung mit den Verschlussorganen quasi als Halteorgan wirkende Unterdruck bzw. Umgebungsluftdruck randscharf nur in denjenigen Bereichen des Werkstückes wirkt, in denen dieses an der Anlagefläche anliegt. Denn nur in diesen Bereichen werden die Verschlussorgane aus den Öffnungen heraus gedrückt, sodass der Unterdruck bzw. der Umgebungsluftdruck das Werkstück in diesen Bereichen fest an der Anlagefläche anliegen lässt bzw. das Werkstück auf die Anlagefläche presst. Weist das Werkstück beispielsweise Ausnehmungen auf, so bleiben in diesen Bereichen die Verschlussorgane verschlossen, sodass der Unterdruck nicht über die Ausnehmungen innerhalb des Werkstücks abgeleitet wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Anlagefläche in mindestens einer Raumrichtung biegsam ausgebildet.

Hierdurch ist es möglich, auch in mehreren Raumrichtungen gekrümmte Werkstücke mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung zu fixieren.

Nach Maßgabe einer weiteren Ausformung der Erfindung ist die Anlagefläche mittels geeigneter, insbesondere unterhalb der Anlagefläche und/oder des elastischen Flächengebildes platzierter Stützorgane, zumindest bereichsweise einer Oberflächengeometrie des Werkstückes anpassbar.

Diese konstruktive Ausgestaltung ermöglicht die universelle Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Werkstücke mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das elastische Flächengebilde mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Gummimaterial, gebildet ist. Die hierdurch bedingte hohe Elastizität des elastischen Flächengebildes ermöglicht zum einen die Biegung der Anlagefläche in mindestens einer Raumrichtung. Darüber hinaus dichten die Verschlussorgane infolge der Federwirkung des elastischen Flächengebildes die Öffnungen stets mit einer bestimmten Vorspannung ab.

Nach Maßgabe einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung ist die Anlagefläche mit einem biegsamen Material, insbesondere mit einem Stahlblech gebildet.

Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Anpassung der Anlagefläche an Werkstücke, die zumindest in einer Raumrichtung gekrümmt sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Öffnungen vorzugsweise als gleichmäßig zueinander beabstandete, durchgehende Bohrungen ausgebildet sind.

Hierdurch ist eine einfache Herstellbarkeit der Öffnungen in der Anlagefläche gegeben.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in jeder Bohrung vorzugsweise eine Kugel als Verschlussorgan eingebracht.

Mittels dieser konstruktiven Ausgestaltung ist eine einfache und daher Kosten sparende Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Zudem ermöglichen die Kugeln einen weitgehend luftdichten Verschluss der Öffnungen in Gestalt der Bohrungen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Bohrungen Dichtbereiche aufweisen, an denen die Kugeln anliegen.

Hierdurch wird die Dichtwirkung der in den Bohrungen anliegenden Kugeln weiter verbessert.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung an eine Vielzahl von verschiedenen Werkstückgeometrien bzw. an Werkstücke mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien anpassbar. Somit kann die erfindungsgemäße universelle Vorrichtung zur Fixierung von verschiedenen Werkstücken zum Zwecke der Bearbeitung verwendet werden.
In der Zeichnung zeigt:
1 Einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem von einer Anlagefläche abgehobenen Werkstück und
2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem bereichsweise aufliegenden und durch Unterdruck auf der Anlagefläche fixierten Werkstück.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem abgehobenen Werkstück 1. Eine Anlagefläche 2 ist biegsam ausgebildet und weist eine konkave Oberflächengeometrie auf, die vorzugsweise in etwa der Oberflächenform des Werkstücks 1 angeglichen ist. In der Anlagefläche 2 sind eine Vielzahl von Halteorganen 3 angeordnet. Die Halteorgane 3 sind vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet, beispielsweise rasterförmig positioniert und verteilen sich demzufolge im Wesentlichen gleichmäßig über eine Oberseite 4 der Anlagefläche 2. Die Halteorgane 3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 auch senkrecht zur Zeichenebene in der Tiefe des Raumes angeordnet. Die Darstellung der 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Reihe der rasterförmigen Anordnung der Halteorgane 3. Abweichend von einer gleichmäßig rasterförmigen Anordnung können die Halteorgane 3 in beliebigen Mustern über die Anlagefläche 2 hinweg verteilt angeordnet sein. Alternativ ist auch eine lediglich bereichsweise Anordnung der Halteorgane 3 in einzelnen Bereichen der Anlagefläche 2 möglich.
Die Halteorgane 3 sind jeweils durch Kugeln 5 zur Schaffung der Verschlussorgane gebildet, die wiederum Öffnungen 6 mit einer entsprechenden Geometrie verschließen. Die Öffnungen 6 weisen hierzu jeweils, in der Zeichnung nicht näher dargestellte, Dichtflächen auf, an der die Kugeln 5 zumindest bereichsweise formschlüssig zur Abdichtung anliegen.
Die Anlagefläche 2 kann mit einer ausreichend starken biegsamen Platte, beispielsweise einem Stahlblech, einer Kunststoffplatte, einem Verbundmaterial aus Stahl und Kunststoff oder dergleichen gebildet sein. Die Anlagefläche 2 kann alternativ auch aus einer beliebigen Kombination von Stahlblechen und Kunststoffmaterialien gebildet sein. In die Anlagefläche 2 sind hier eine Vielzahl von Bohrungen mit einem Durchmesser von ungefähr 5,5 mm zur Bildung der Öffnungen 6 eingebracht. Die Kugeln 5 weisen in diesem Fall einen Durchmesser von ungefähr 6 mm auf. Zur Verbesserung der Abdichtungswirkung sind in die Öffnungen 6 von einer Unterseite 7 der Anlagefläche 2 aus nicht im Detail dargestellte Senkungen zur Bildung der Dichtflächen eingebracht. Die Senkungen weisen bei dieser Ausgestaltung bevorzugt jeweils Abmessungen von 0,5 mm mal 30° auf. Die Dichtflächen können alternativ auch ausgehend von der Oberseite 4 in die Anlagefläche 2 eingebracht werden. Zusätzlich zu den Senkungen können Dichtmittel, beispielsweise in der Form von Kunststoffeinsätzen, innerhalb der Bohrungen angeordnet sein.
Abweichend von den genannten Abmessungen der Bohrungen zur Bildung der Öffnungen 6 können diese, insbesondere bei sehr großen oder sehr kleinen Werkstücken 1, auch kleiner oder größer gewählt werden. Der Durchmesser der Kugeln 5 ist jedoch stets etwas größer als der jeweilige Durchmesser der Bohrung, um eine ausreichende Abdichtungswirkung zu gewährleisten. Die Kugeln 5 weisen bevorzugt Standarddurchmesser auf, um eine kostengünstige Fertigung der Vorrichtung sicherzustellen. Die Durchmesser der Bohrungen lassen sich dann fertigungstechnisch leicht und daher kostengünstig dem vorgebenen Standarddurchmesser der Kugeln 5 durch die entsprechende Wahl eines Bohrers anpassen.
Alternativ zu den Kugeln 5 können im Bedarfsfall Verschlussorgane mit einer von der Kugelgeometrie abweichenden Formgebung zur Abdichtung der Öffnungen 6 verwendet werden. Die Öffnungen 6 müssen dann der jeweiligen Geometrie der Verschlussorgane angepasst werden und sind demzufolge nicht mehr als zylinderförmige Bohrungen ausgebildet.
Die Kugeln 5 werden mittels eines elastischen Flächengebildes 8 federnd in den Öffnungen 6 gehalten, sodass die Kugeln 5 die Öffnungen 6 möglichst vollständig luft- bzw. gasdicht verschließen.
Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem auf der Anlagefläche 2 bereichsweise aufliegenden Werkstück 9, das durch Unterdruck bzw. den Umgebungsluftdruck auf der Anlagefläche 2 fixiert ist. Das Werkstück 9 weist in einem Bereich eine Ausnehmung 10 auf. Das Werkstück 9 liegt demzufolge nur bereichsweise mit einer Auflagefläche 11 auf der Anlagefläche 2 an. Die Kugeln 5 werden infolge der Masse des Werkstücks 9 im Wesentlichen nur im Bereich der Auflagefläche 11 aus den Öffnungen 6 heraus gedrückt.
Zwischen dem elastischen Flächengebilde 8 und der Anlagefläche 2 besteht ein Unterdruck, der beispielsweise durch eine geeignete Vakuumeinheit, insbesondere eine Vakuumpumpe oder dergleichen aufgebaut werden kann. Der Unterdruck dient zur Fixierung des Werkstücks 9 auf der Anlagefläche 2 mittels des Unterdrucks bzw. des Umgebungsluftdrucks. Der Unterdruck bzw. der Umgebungsluftdruck wirkt im Wesentlichen nur in den Bereichen, in denen die Kugeln 5 aus den Öffnungen 6 infolge der Masse des aufliegenden Werkstücks 9 heraus gedrückt werden.
Infolge des Unterdrucks bzw. des Umgebungsluftdrucks wird das Werkstück 9 fest auf die Anlagefläche 2 gepresst, sodass das Werkstück 9 den beabsichtigten Bearbeitungsschritten, beispielsweise Verschweißen, Vernieten, Verkleben etc. unterzogen werden kann. Infolge der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine sichere Fixierung des Werkstücks 9 auf der Anlagefläche 2 gewährleistet.
In den Bereichen, in denen ein Werkstück großflächigere Ausnehmungen aufweist, werden die Kugeln 5 nicht aus den Öffnungen 6 heraus gedrückt, sodass der Unterdruck in diesen Bereichen im Wesentlichen nicht entweichen bzw. keine Umgebungsluft einströmen kann. Werden die Öffnungen 6 beispielsweise in Randbereichen des Werkstücks 9 oder etwaiger Ausnehmungen 10 teilweise von den Kugeln 5 freigeben und nicht gleichzeitig von der Auflagefläche 11 vollständig abgedeckt, so ist dies unproblematisch, da eine ausreichend groß dimensionierte Vakuumeinheit in jedem Fall einen genügend hohen Unterdruck zwischen der Anlagefläche 2 und dem elastischen Flächengebilde 8 zur Kompensation dieser Verluste aufbaut bzw. aufrechterhält.
Die Anlagefläche 2 kann darüber hinaus mittels entsprechend platzierter, in der Zeichnung nicht näher dargestellter Stützorgane, verschiedenen Oberflächengeometrien von Werkstücken angepasst werden. Die Stützorgane sind hierbei mit der Unterseite 7 und/oder mit dem elastischen Flächengebilde 8 vorzugsweise gelenkig verbunden und stützen sich auf ebenfalls nicht näher dargestellten Widerlagern ab. Als Stützorgane können beispielsweise Hydraulikkolben, höhenverstellbare Spindeln etc. eingesetzt werden. In besonders bevorzugter Weise sind die Hydraulikkolben, die höhenverstellbaren Spindeln oder dergleichen elektrisch betätigbar ausgebildet. Liegen darüber hinaus die Raumkoordinaten des zu bearbeitenden Werkstücks 9 in numerischer Form vor, ist es beispielsweise möglich die Stützorgane durch eine nicht näher dargestellte Rechnereinheit automatisch zu verstellen und so die Geometrie der Anlagefläche 2 der Oberflächengeometrie verschiedener Werkstücke 1,9 anzupassen. Durch entsprechende Verstellung der Stützorgane kann die Anlagefläche 2 beispielsweise entlang einer Raumrichtung gebogen werden, sodass sich eine trogförmige Oberflächengeometrie, ähnlich eines Zylindermantelabschnittes einstellt. Zusätzlich kann eine Messeinrichtung zur Erfassung der sich tatsächlich einstellenden Oberflächengeometrie der Anlagefläche 2 vorgesehen sein, sodass die Stützorgane bei Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten der Oberflächengeometrie der Anlagefläche 2 entsprechend nachjustiert werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Fixierung einer Vielzahl von Werkstücken mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien und verschiedenen Ausnehmungen auf der Anlagefläche 2. Eine zeit- und kostenintensive individuelle Umrüstung und Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an Werkstücke mit unterschiedlichen Oberflächengeometrien und Ausnehmungen ist nicht erforderlich. Mit ein und derselben Vorrichtung können unterschiedliche Werkstücke zur Bearbeitung, Vermessung und dergleichen fixiert werden.

1: Werkstück
2: Anlagefläche
3: Halteorgane
4: Oberseite
5: Kugeln
6: Öffnung
7: Unterseite
8: elastisches Flächengebilde
9: Werkstück
10: Ausnehmung
11: Auflagefläche

Claims

Vorrichtung zur Fixierung von insbesondere flächenhaften Werkstücken (1,9) mit einer Anlagefläche (2) und mindestens einem Halteorgan (3), das durch eine in die Anlagefläche (2) eingebrachte Öffnung (6) gebildet ist und mit einem Verschlussorgan verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (2) biegsam ausgebildet ist und die Verschlussorgane mittels eines elastischen Flächengebildes (8) federnd in den Öffnungen (6) gehalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen der Anlagefläche (2) und dem elastischen Flächengebilde (8) ein Unterdruck besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Auflagefläche (11) eines Werkstücks (1,9) die Verschlussorgane aus den Öffnungen (6) herausdrückbar sind, wodurch das Werkstück (1,9) infolge des Umgebungsluftdrucks an die Anlagefläche (2) gedrückt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (2) in mindestens einer Raumrichtung biegsam ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (2) mittels geeigneter, insbesondere unterhalb der Anlagefläche (2) und/oder des elastischen Flächengebildes (8) platzierter Stützorgane, zumindest bereichsweise einer Oberflächengeometrie des Werkstücks (1,9) anpassbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Flächengebilde (8) aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Gummimaterial, gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (2) aus einem biegsamen Material, insbesondere reinem Stahlblech, gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (6) vorzugsweise als gleichmäßig zueinander beabstandete, durchgehende Bohrungen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Bohrung vorzugsweise eine Kugel (5) als Verschlussorgan eingebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen Dichtbereiche aufweisen, an denen die Kugeln (5) zumindest bereichsweise anliegen.