DE102011100184B3

DE102011100184B3 - Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen

Info

Publication number: DE102011100184B3
Application number: DE201110100184
Authority: DE
Inventors: Michael Franzki
Original assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Current assignee: Andritz WVL GmbH
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-05-03

Abstract

Die Feststellung, Kontrolle und sensorische Auswertung der Ge- und Entspanntzustände von Werkstücken (3) erfolgt über direkte unmittelbare Werkstückkontakte der Spannflächen (1.1) von bewegten Spannelementen (1) mittels eines Wechselstrom- oder Gleichstromflusses in Kleinspannung. Dabei sind die elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten Werkstückauflage (4), als Messsignal-Einspeispunkt, das aufliegende Werkstück (3) mit dem Spannelement (1), über dessen Spannfläche (1.1) kontaktierend oder durch einen Kontaktspalt (1.3) beabstandet, leitungs- und informationsverbunden. Dies ist mit einer gleichartigen Werkstückauflagekontrolle, getrennt oder gemeinsam vernetzt, in einer Spannvorrichtung realisierbar. Das Spannelement (1), die Werkstückauflagen und Werkstückanlagen (4 und 5) sind mit einer elektrisch isolierenden Keramik-Beschichtung (6), an Ihren Kontaktflächen isoliert, ausgebildet. Das Anwendungsgebiet sind in eine automatisierte Prozessfolge integrierte Spannvorrichtungen, insbesondere für die Autoteilefertigung.

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand aus und betrifft funktionsbestimmende Hauptmerkmale von Werkstückeinspannvorrichtungen.
Nach DIN 6300: 2009-04 ist die Aufgabe von Vorrichtungen als Fixierung der Lage von Werkstücken während formändernder Fertigungsverfahren definiert. Als Arten der Spannkrafterzeugung werden unter anderen die Handkraft, die Hydraulik-Drucköl- und die Pneumatik-Druckluft-Spannkrafterzeugung benannt, mit der wiederholgenau positionierte Werkstücke gespannt werden. Bekanntes Wissen von Mitarbeitern, die die Spannvorrichtungen für die spanende Fertigung bereitstellen, und von den Bedienern der Werkzeugmaschinen, die während der spanenden Fertigung die Werkstücke aus- und einspannen, ist, dass nach dem Ein-, Auf-, und Anlegen des Werkstückes in der Spannvorrichtung die Zustellung des Spannelements zur Spannstelle am Werkstück, die Aufbringung der Spannkraft und eine visuelle Kontrolle des Gespanntzustandes des Werkstücks zu erfolgen hat. Bei einer Handspannvorrichtung realisiert diese drei Verfahrensschritte der Bediener selbst. Beim Entspannen wird mit Handkraft das Werkstück durch Zurückbewegen des Spannelementes durch den Bediener visuell kontrolliert, ob das Werkstück freigegeben ist und die Entnahme des Werkstückes ohne Kollision mit anderen Vorrichtungskomponenten realisierbar ist.
Stand der Technik sind, beispielhaft beschrieben,

• in DE 10 2008 004 286 A1 und in DE 10 2006 002 129 A1 mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft betriebene Spannbewegungs-Antriebe für linear- und schwenkbeweglich betätigte Spannelemente, wobei die kolbenabhängige Antriebsbewegung endet, wenn das Spannelement mit seiner Spannfläche das Werkstück kontaktiert und spannt,
• in DE 10 2004 007 346 B3 und in DE 198 24 579 C1 ebenfalls mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft kolbenabhängig betriebenene Spannbewegungs-Antriebe für linearbewegte und mit einem Kniehebelgelenk ausgestattete schwenkbare Spannelemente und
• in DE 3834 650 A1 und in DE 26 14549 C2 linearbewegte Spannelemente, wobei deren Endstellungen, über die Spannfläche mit dem Werkstück kontaktierend, mittels Kolbenhub-Begrenzungselementen einstellbar ist

Nachteilig ist, dass mit den benannten Ausbildungen der mit Hydraulik-Drucköl oder mit Pneumatik-Druckluft betriebenene Spannbewegungs-Antriebe das Spannelement mit einer konstanten Spannkraft ausgestattet in die Spannstelle am Werkstück bewegt ist, aber eine punkt- oder linienartige sowie flächige Kontaktierung der Spannfläche des Spannelements am Werkstück nicht ohne eine visuelle Kontrolle des Bedieners gewährleistet ist. Bei toleranzbedingt tiefer oder höherliegenden Spannstellen sowie anderen Strukturen und Maßänderungen der Werkstücke sind durch die punktgnau über das Kniehebelgelenk oder über die Spannbewegungs-Antriebe positionierten Spannflächen der Spannelemente keine oder keine sicheren Werkstückspannungen feststell- und realisierbar.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass unter den Bedingungen einer bedienarmen Fertigung oder einer automatisierten Prozessfolge eine unaufwändige und eindeutige Zustandsaussage über den Ge- und Entspanntzustand und damit über eine vollzogene sichere Werkstückspannung und – Entspannung nicht möglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung Spannvorrichtungen mit Ge- und Entspanntzustands-Kontrollkomponenten auszustatten, so dass an allen Spannstellen der Werkstücke unmittelbar und selbsttätig diese Zustandsinformationen feststell-, kontrollier- und als sensorische Steuerungsinformation auswertbar sind. Eine schnelle, unaufwendige und eindeutige Bedienerinformation ist zu gewährleisten und Fehlinformationen sind zu vermeiden.
Das Problem wird durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst. Vorgeschlagen ist eine Zustandskontroll-Komponentenverbindung, die aus den elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten, eine Werkstückauflage über deren Kabelanschluss ein Wechselstrom oder ein Gleichstromfluss, beide in Kleinspannung als Messsignal-Einspeispunkt zugeführt ist, mindestens einen aufliegenden Werkstück, welches von mindestens einem, mit einem Spannbewegungs-Antrieb bewegungsverbundenen Spannelement über dessen ballige, abgerundete oder flache Spannfläche punkt-, linienartig oder vollflächig an der Spannstelle direkt kontaktiert oder durch einen Kontaktspalt von diesem beabstandet ist.
Diese o. g. Werkstückauflage, das Spannelement sowie weiter vorhandene feste oder einstellbare Werkstückauf- und anlagen als Elemente für eine Messsignal-Ableitung sind über Kabel mit Signalauswerteeinheiten und deren optische Signalanzeigen zur Darstellung von Kontrollinformationen über vollständige und lagerichtige Auf- und Anlagen des Werkstückes, Gespanntzustände soweit zeitversetzt Entspannzustände des Werkstückes leitungs- und informationsverbunden.
Das Spannelement mit dem Spannbewegungs-Antrieb und alle Werkstück-Auflagen und Werkstück-Anlagen sind mittels elektrisch isolierenden Beschichtungen an ihren Kontaktflächen, zur Vorrichtungsgrundplatte hin gerichtet, ausgestattet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben. Sie betreffen Ausbildungsvorschläge für

• die koordinierte, getrennt oder gemeinsam vernetzte Anordnung der Zustandskontroll-Komponentenverbindung mit einer Auflagekontroll-Komponentenverbindung,
• die Zuordnung und die Informationsverbundenheit jedes Spannelementes mit optischen Signalanzeigen einer Signalauswerteeinheit
• die Kontaktierung, Leitungs- und Informationsverbundenheit jedes Spannelementes im Entspanntzustand mit dem Steuerungs- und Antriebskomponenten einer Werkzeugmaschine oder eines Werkstück-Handlingroboters und
• die Dimensionierung des Wechselstroms- und des Gleichstromzuflusses.

Die Erfindung ist vereinfacht in drei Ausführungsbeispielen dargestellt und im folgenden
Teil der Beschreibung näher erläutert:
1 eine Vorderansicht-Darstellung mit Gespanntzustandskontrolle und
2 eine Vorderansicht-Darstellung mit Entspanntzustandskontrolle eines mit vier Spannelementen gespannten Werkstückes, welches auf sechs Werkstückauflagen und Werkstückanlagen positioniert ist
3 eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung mit sechs Spannstellen sowie Signalauswertesystemen für Zustandskontrollen
Auf der in den 1 und 2 dargstellten Spannvorrichtung wird ein lagerförmiges Werkstück 3 mit vier Spannelementen 1 über deren Spannfläche 1.1 an den Spannstellen 2, auf der Vorrichtungsgrundplatte 7 auf den Werkstückauflagen 4 und 5 aufliegend und anliegend, positioniert und gespannt. Auf der Vorrichtungsgrundplatte 7 sind beispielhaft untereinander, die Signalauswerteeinheit 10 mit vier Signalanzeigen 10.1 für die Information und Auswertung der Gespanntzustände an einer von vier Spannstellen 2, in der Mittellage die Signalauswerteeinheit 11 mit vier Signalanzeigen 11.1 für die Information und Auswertung des Entspanntzustandes und unten die Signalauswerteeinheit 12 mit sechs Signalanzeigen 12.1 für die Information und Kontrolle über die Auflage und Anlage des Werkstückes 3 auf den Werkstückauflagen und Werkstückanlagen 4 und 5 angeordnet.
Der Spannbewegungs-Antrieb 1.2. ist in 1 als hydraulisch betätigte Funktionskomponente für ein entlang und um eine senkrechte Mittenachse bewegliches Spannelement 1, welches am Ende seiner nach unten, gerichteten Spannbewegung mit seiner Spannfläche 1.1 das Werkstück 3 an der Spannstelle 2 kontaktiert.
Dadurch kommt es zu einem Wechselstromfluss vom Kabelanschluss 4.1 über die Werkstückauflage 4, das Werkstück 3, die Spannstelle 2, die Spannfläche 1.1, das Spannelement 1 das Kabel 9 zur Signalauswerteeinheit 10 einerseits und vom Kabelanschluss 4.1 über die Werkstückauflage 4, das Werkstück 3, die Werkstückauflagen und Werkstückanlagen 5, von denen je drei fest und eine einstellbar ausgebildet sind, über das Kabel 5.1 zur Signalauswerteeinheit 12 andererseits, da das Werkstück 3 alle benannten Funktionskomponenten elektrisch leitfähig sind.
Der Spannbewegungs-Antrieb 1.2 ist in 2 als eine hydraulisch betätigte Funktionskomponente ausgebildet, mit dem über ein Hebelgelenk das Spannelement 2 um eine waagerechte Schwenkachse nach oben und hinten in die Entspanntstellung bis zur Anlage an der Steuerungsleiste 1.4 wegschwenkbar ist. Dadurch kommt es zu einem Wechselstromfluss über das Spannelement 1, Steuerungsleiste 1.4, über Kabel 9 zur Signalauswerteeinheit 11. An den vier Signalanzeigen 11.1 der Signalauswerteeinheit 11 ist als Information und Auswertung des Entspanntzustandes die realisierte Entspanntstellung der vier Spannelemente 1 feststellbar.
In 3 ist vereinfacht das Leitungs- und Informationssystem, mit dem die sechs Spannelemente 1, die Werkstückauflage 4, die zwei festen und die drei einstellbaren Werkstückauflagen 5, die drei festen Werkstückanlagen 5 sowie die sechs in der weggeschwenkten Entspannstellung der Spannelemenmte 1 angeordneten Steuerungsleisten 1.4 mit dem nebeneinander angeordneten Signalauswerteeinheiten 10,12 und 11 über die Kabel 4.1, 5.1 und 9 verbunden sind, dargstellt. Nicht in 3 ist die Leitungs- und Informationsverbindung von den Signalauswerteeinheiten auf der Vorrichtungsgrundplatte 7 zur Steuerung und zu den Antriebskomponenten der Werkzeugmaschine 8 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Spannelement
1.1: Spannfläche an 1
1.2: Spannbewegungs-Antrieb für 1
1.3: Kontaktspalt zwischen 1.1 und 3
1.4: Steuerungsleiste für 1
2: Spannstelle
3: Werkstück(e)
4: Werkstückauflagen; Werkstückanlagen
4.1: Kabelanschluss an 4
5: Werkstückauflagen
5.1: Kabel zwischen 5 und 12
6: isolierende Beschichtung(en)
7: Vorrichtungsgrundplatte
8: Werkzeugmaschine
9: Kabel zwischen 1 und 10 sowie 1.4 und 11
10: Signalauswerteeinheit (Gespanntzustand)
10.1: Signalanzeige für 10
11: Signalauswerteeinheit (Entspanntzustand)
11.1: Signalanzeige für 11
12: Signalauswerteeinheit (Auflagekontrolle)
12.1: Signalanzeige für 12

Claims

Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen zur Feststellung, Kontrolle und Auswertung sensorische Steuerungsinformationen für den Start einer nachfolgenden spanenden Fertigung auf einer Werkzeugmaschine oder für den Start einer nachfolgenden Werkstückentnahme mittels Roboter-Handling durch direkte unmittelbare Werkstückkontakte der Spannflächen (1.1) beweglich gelagerter Spannelemente (1) welche mit Spannstellen (2) von Werkstücken (3) funktionsverbunden sind, gekennzeichnet, durch eine Zustandskontroll-Komponentenverbindung die die elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten umfasst: • eine Werkstückauflage (4), über deren Kabelanschluss (4.1) ein Wechselstrom- oder ein Gleichstromfluss, beide in Kleinspannung, als Messsignaleinspeispunkt zugeführt ist, • mindestens ein, aufliegendes Werkstück (3), welches von • mindestens einem, mit einem Spannbewegungs-Antrieb (1.2) bewegungsverbundenen Spannelement (1), über dessen ballige, abgerundete oder flache Spannfläche (1.1) punkt-, linienförmig oder vollflächig an der Spannstelle (2) direkt kontaktiert oder durch einen Kontaktspalt (1.3) von diesem beabstandet angeordnet ist und wobei die Werkstückauflage (4), das Spannelement (1) sowie weitere feste oder in ihrer Lage einstellbare Werkstückauflagen (4) und Werkstückanlagen (5) als Elemente für eine Messsignal-Ableitung über Kabel (5.1) mit Signalauswerteeinheiten (10, 11, 12) und deren optisches Signalanzeigen (10.1, 11.1, 12.1) zur Darstellung von Kontrollinformationen über • vollständige und lagerichtige Auf- und Anlagen des Werkstückes (3), • Gespanntzustände, sowie zeitversetzt, • Entspanntzustände des Werkstückes (3) leitungs- und informationsverbunden sind, wobei das Spannelement (1) mit dem Spannbewegungs-Antrieb (1.2) und alle Werkstückauflagen (4) sowie Werkstückanlagen (4; 5) an ihren zur Vorrichtungsgrundplatte (7) hin gerichteten Kontaktflächen mit elektrisch isolierenden Beschichtungen (6) ausgestattet sind.
Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandskontroll-Komponentenverbindung eine Auflagekontroll-Komponentenverbindung für die Werkstücke (3), die aus den elektrisch leitfähigen Einzelkomponenten, die mit einem Kabelanschluss (4.1) ausgestattet sind, aufweist wobei die Auflagekontroll-Komponentenverbindung: • eine Werkstückauflage (4) als Messsignal-Einspeispunkt, • mehrere weitere Werkstückauflagen (4) und Werkstückanlagen (5) als Messsignal-Ableitungen sowie • mindestens ein auf diesen aufliegendes Werkstück (3) umfasst, wobei die Werkstückauflagen (4) und die Werkstückanlagen (5) gegenüber der Vorrichtungsgrundplatte (7) elektrisch isoliert oder beabstandet angeordnet, über Kabel (5.1) mit einer Signalauswerteeinheit (12) und deren optischen Signal-Anzeigen (12.1) für jede Werkstückauflage (4) und Werkstückanlage (5), getrennt oder gemeinsam vernetzt leitungs- und informationsverbunden, sowie eingehaust auf der Vorrichtungsgrundplatte (7) angeordnet sind.
Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Spannelemente (1), die mit ihren Spannflächen (1.1) das Werkstück (3) an den Spannstellen (2) kontaktieren oder von diesem beabstandet sind, jeweils eine getrennt von den anderen funktionierende optische Signal-Anzeige (10.1) einer Signalauswerteeinheit (10) zugeordnet und mit diesem informationsverbunden ist.
Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Spannelement (1) im Entspanntzustand eine, an dem Spannbewegungs-Antrieb (12) isoliert angeordnete Steuerungsleiste (1.4) kontaktiert und ein Wechselstrom- oder Gleichstromkreis mit den Steuerungs- und Antriebskomponenten einer Werkzeugmaschine (8) oder eines Werkstück-Handlingroboters leitungs- und informationsverbunden ist.
Spannvorrichtung mit Ge- und Entspanntzustandskontrollen nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Zustandskontroll-Komponentenverbindung zuschaltbarer Wechselstromfluss in einer Kleinspannung von 5 Volt und ein Gleichstromfluss in einer Kleinspannung von 12 Volt dimensioniert ist.