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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumspannvorrichtung zum Spannen eines
Werkstücks mittels Unterdruck, mit einem Gehäuse
mit einer dem Werkstück zugewandten Spannfläche,
in welcher ein mit Unterdruck beaufschlagbarer Spannraum zum Ansaugen
des Werkstücks vorgesehen ist, wobei innerhalb dieses Spannraums
ein Bremselement im Gehäuse in Richtung auf das Werkstück
verlagerbar ist.
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Eine
derartige Vakuumspannvorrichtung ist z. B. aus der
DE 197 00 177 A1 bekannt.
Mit einer solchen Vakuumspannvorrichtung können Werkstücke
mittels Unterdruck z. B. an einem Spanntisch oder einem Spannbalken
festgehalten werden, so dass die Oberseite und gegebenenfalls deren
Randbereich bearbeitet werden kann. Um ein Verrutschen des Werkstücks
zu verhindern, besitzt die Vakuumspannvorrichtung ein Bremselement,
welches mittels Federkraft über die Spannfläche
der Vakuumspannvorrichtung ausgerückt ist. Wird das Werkstück
auf die Spannvorrichtung aufgesetzt, dann wird das Bremselement
geringfügig eingedrückt. Es liegt aber am Werkstück
unter der Kraft der Feder an.
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Das
Bremselement besitzt eine rutschhemmende Bremsfläche, die
zum Beispiel aus Gummi oder einem anderen Material mit einem relativ
hohen Reibungskoeffizienten besteht, so dass am Werkstück
wirkende Querkräfte optimal abgestützt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei dünnwandigen
Werkstücken die Kraft der das Bremselement ausrückenden
Feder so hoch ist, dass das Werkstück beim Ansaugen durch
das unter Federkraft anliegende Bremselement verformt wird. Werden
Federn mit einer geringeren Federkonstante verwendet, dann ist die
Anlagekraft des Bremselements zu gering, so dass die Abstützung
oder Bremsung der Querkräfte nur ungenügend ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumspannvorrichtung
bereitzustellen, welche auch bei empfindlichen, insbesondere bei
dünnwandigen, Werkstücken eingesetzt werden kann
und die dennoch hohe Bremskräfte auf das Werkstück
ausübt.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Vakuumspannvorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Bremselement mittels des im Spannraum herrschenden Unterdrucks verlagerbar
ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vakuumspannvorrichtung können
nunmehr auch empfindliche, insbesondere dünnwandige, Werkstücke,
gegen Verschieben gesichert werden, da das Bremselement nicht mehr
entgegen der Federkraft vom Werkstück in das Gehäuse
eingepresst werden muss, sondern mittels Unterdruck angesaugt wird.
Hierdurch können unter Umständen sogar höhere
Bremskräfte erzeugt werden, als bei den Vorrichtungen gemäß dem
Stand der Technik, da das Bremselement in Richtung auf das Werkstück
nur sehr geringe Rückstellkräfte besitzt und eventuell
unter höherem Druck am Werkstück anliegt.
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Bei
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine
Ausnehmung aufweist, in welcher das Bremselement angeordnet ist
und zumindest Teile des Bremselements verschieblich gelagert sind.
In der Ruhestellung der Vakuumspannvorrichtung, also bei nicht angesaugtem
Werkstück, befindet sich das Bremselement vollständig
innerhalb der Ausnehmung und ragt nicht über die Spannfläche
vor. Wird das Werkstück auf die Vakuumspannvorrichtung
aufgesetzt und angesaugt, wird gleichzeitig das Bremselement aktiviert
und ein Teil des Bremselements angesaugt, der sich innerhalb der
Ausnehmung so weit verschiebt, bis es am Werkstück anliegt.
Von Vorteil ist dabei, dass der Teil des Bremselements mit extrem
geringen Kräften innerhalb der Ausnehmung in Richtung auf
das Werkstück verschoben werden kann, jedoch quer zu dieser
Verschieberichtung von den Wänden der Ausnehmung abgestützt
wird. Aufgrund dieser Abstützung können die Bremskräfte aufgebracht
und das Werkstück festgehalten werden.
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Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass
das Bremselement eine Grundhülse mit einem Deckel aufweist.
Diese Grundhülse, die insbesondere als Zylinderhülse
ausgebildet ist, ist in eine Zylinderbohrung in das Gehäuse
eingesetzt, so dass der Deckel beim Anlegen des Unterdrucks und
Spannen des Werkstücks angesaugt und dadurch innerhalb
der Ausnehmung verformt wird. Mit Vorteil ist der Deckel auf die
Grundhülse aufgeclipst.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass der Deckel mit einem zentralen Abschnitt
elastisch in Richtung des Werkstücks verformbar ist. Dabei
ist der zentrale Abschnitt über ein Gelenk mit dessen Randabschnitt
verbunden, so dass der Randabschnitt fest in der Ausnehmung verankert werden
kann, sich der zentrale Abschnitt jedoch über das Gelenk,
insbesondere ein Klappgelenk oder eine Membrane, in Richtung des
Werkstücks verlagern kann.
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Um
den zentralen Abschnitt optimal bei seiner Bewegung zwischen der
Ruhelage und der Arbeitslage zu führen, ist der zentrale
Abschnitt mit einer Führungshülse verbunden. Diese Führungshülse ist
dabei teleskopartig axial verschieblich in der Grundhülse
gelagert. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Deckel aus
einem Material hergestellt werden kann, welches einen hohen Reibungskoeffizienten
besitzt, die Führungshülse jedoch aus einem Material
bestehen kann, welches einen niedrigen Reibungskoeffizienten bezüglich
der Grundhülse besitzt, so dass die Führungshülse
leicht aufgrund der sehr geringen Reibungskräften axial
verschoben werden kann.
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Um
das Bremselement mit einer möglichst hohen Anpresskraft
an das Werkstück anlegen zu können, ist das vom
Werkstück abgewandte Ende des Bremselements mit dem Umgebungsdruck
beaufschlagt, der das Bremselement in Richtung des Werkstücks
drängt. Auf diese Weise wirkt auf das Bremselement eine
hohe, dem Unterdruck entsprechende Druckdifferenz.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die
Ausnehmung einen Verbindungskanal zur Umgebung auf. Dies bedeutet,
dass dann, wenn das Bremselement innerhalb der Ausnehmung verschoben
wird, sofort Luft in die Ausnehmung nachströmen kann, so
dass das Bremselement ausschließlich den aus dem Unterdruck
herrührenden Kräften folgt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung,
in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei
können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der
Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Vakuumspannvorrichtung
in deren Ruhelage mit aufgesetztem, aber nicht angesaugtem Werkstück;
und
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2 die
Vakuumspannvorrichtung der 1 mit angesaugtem
Werkstück.
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Die 1 zeigt
eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vakuumspannvorrichtung,
auf die ein Werkstück 12 aufgesetzt ist. Die Vakuumspannvorrichtung 10 besitzt
ein Gehäuse 14, welches eine dem Werkstück 12 zugewandte
Spannfläche 16 aufweist. Innerhalb der Spannfläche 16 befindet
sich ein Spannraum 18, welcher von Dichtungen 20 zur
Umgebung 22 hin abgegrenzt ist. An diesen Spannraum 18 kann
in beliebiger Weise, zum Beispiel über eine (nicht dargestellte)
Saugleitung, ein Unterdruck angelegt werden, so dass das Werkstück 12 an
die Spannfläche 16 und somit an die Vakuumspannvorrichtung 10 angesaugt
wird.
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Im
Bereich des Spannraums 18 ist das Gehäuse 14 mit
einer Ausnehmung 24, zum Beispiel einer Zylinderbohrung 26, versehen,
in welche ein insgesamt mit 28 bezeichnetes Bremselement
eingesetzt ist. Die Ausnehmung 24 ist über einen
Kanal 30 mit der Umgebung 22 strömungsverbunden.
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Das
Bremselement 28 besitzt eine Grundhülse 32,
die oberseitig, das heißt in Richtung des Werkstücks 12,
mit einem Deckel 34 versehen und dicht verschlossen ist.
Der Deckel 34 weist hierfür an der Unterseite
seines Randabschnitts 36 eine Labyrinthnut 38 auf,
in welche das freie, flanschartig ausgebildete Ende der Grundhülse 32 eingeclipst
ist. Die Labyrinthnut 38 dichtet den Deckel 34 optimal
gegenüber der Grundhülse 32 ab, so dass
weder gasförmige noch flüssige Medien ins Innere
der Grundhülse 32 eindringen können.
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Weiterhin
ist aus der 1 erkennbar, dass die Grundhülse 32 eine
Umfangsnut 40 aufweist, in welche ein Dichtungsring 42,
insbesondere ein O-Ring, eingesetzt ist, der die Grundhülse 32 gegenüber
dem Spannraum 18 abdichtet. Das untere Ende der Grundhülse 32 ist
mittels eines Bodens 44 verschlossen, der in eine Innenumfangsnut 46 am
unteren Ende der Grundhülse 32 eingesetzt ist.
Vorteilhaft sind der Deckel 34 und der Boden 44 gleich
ausgebildet, so dass keine zwei unterschiedlichen Bauteile verwendet
werden müssen.
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Wie
bereits erwähnt, weist der Deckel 34 den Randabschnitt 36 auf,
wobei innerhalb des Randabschnitts 36 ein zentraler Abschnitt 48 vorgesehen
ist, wobei der Randabschnitt 36 über ein Gelenk 50 mit
geringer Wandstärke in den zentralen Abschnitt 48 übergeht.
Der zentrale Abschnitt 48 ist im wesentlichen zylindrisch
ausgebildet und besitzt an seiner dem Werkstück 12 zugewandten
Oberseite 52 einen Reibbelag beziehungsweise eine Oberfläche mit
einem hohen Reibungskoeffizienten. Vorteilhaft kann auch der gesamte
Deckel 34 aus diesem Material hergestellt sein. Es besteht
auch die Möglichkeit, dass die Struktur der Oberseite 52 reibungserhöhend ausgestaltet
ist. Der untere Teil, d. h. dem Werkstück 12 abgewandte
Teil des zentralen Abschnitts 48 ist von einer Führungshülse 54 umgriffen,
wobei die Führungshülse 54 in eine entsprechende
Aufnahmebohrung 56 der Grundhülse 32 eingesetzt
ist. Diese Aufnahmebohrung 56 stützt die Führungshülse 54 in radialer
Richtung ab.
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Wird
an den Spannraum 18 ein Unterdruck angelegt, dann wird
das Werkstück 12 an die Spannfläche 16 des
Gehäuses 14 angesaugt. Gleichzeitig bewirkt der
im Spannraum 18 herrschende Unterdruck auch eine Verlagerung
des zentralen Abschnitts 48 in Richtung des Werkstücks 12,
so dass sich die Oberseite 52 des zentralen Abschnitts 48 an das
Werkstück 12 anlegt. Dabei wird die Führungshülse 54 in
der Grundhülse 32 um den Betrag 58 axial
in Richtung des Werkstücks 12 verschoben. Da der zentrale
Abschnitt 48 lediglich über das Gelenk 50 mit
dem Randabschnitt 36 verbunden ist, bedarf es hierfür
sehr geringer Kräfte, was bedeutet, dass auf das Werkstück 12 sehr
geringe Rückstellkräfte und somit sehr geringe,
im optimalen Falle, keine Verformungskräfte wirken. So
wie der Deckel 34 verformt sich auch der Boden 44, insbesondere
dessen zentraler Abschnitt 60, so dass der innerhalb der
Grundhülse 32 herrschende Innendruck weitestgehend konstant
bleibt. Bei gespanntem Werkstück 12 verhindert
die Anlage des Deckels 34 am Werkstück 12 ein
Verschieben des Werkstücks 12 bezüglich
der Vakuumspannvorrichtung 10, indem die Querkräfte vom
Bremselement 28 aufgenommen und abgestützt werden.
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Sobald
der Spannraum 18 wieder belüftet wird, bewirken
die geringen Rückstellkräfte des Gelenks 50 sowie
des entsprechenden Gelenks 62 ein Abheben des Deckels 34 von
der Unterseite des Werkstücks 12.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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