DE102020112642A1

DE102020112642A1 - Haltevorrichtung zum Halten eines Werkstücks und Werkzeugmaschine mit einer Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102020112642A1
Application number: DE102020112642.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schnur; Martin Staimer; Robert Noneder
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (2) zum Halten eines Werkstücks (3) in einem Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine (1), mit einem Trägerkörper (7, 12) und einem daran befestigten und direkt mit dem Werkstück (3) kontaktierbaren Werkstückhaltekörper (8, 19). Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Werkstückhaltekörper (8, 19) und der Trägerkörper (7, 12) relativbewegbar aneinander befestigt sind und die Haltevorrichtung (2) ein zwischen dem Werkstückhaltekörper (8, 19) und dem Trägerkörper (7, 12) angeordnetes Federelement (6, 21) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine (1), die eine solche Haltevorrichtung (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung der im Patentanspruch 1 angegebenen Art. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine der im Patentanspruch 10 angegebenen Art.
Mittels bekannter Haltevorrichtungen sind Werkstücke in einem Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine zumindest für die Dauer einer Bearbeitung des Werkstücks festlegbar. So offenbart beispielsweise die DE 199 05 475 A1 eine hydraulische Niederhalter-Anordnung, mittels derer ein Blechwerkstück während eines Schneidevorgangs an einem Bett einer Blechschere festklemmbar ist. Weiter offenbart die DE 20 2018 105 777 U1 eine Haltevorrichtung für das Halten mindestens eines Bauteils, mit mindestens einem Universalhalter, der für das Halten unterschiedlich ausgebildeter Bauteile an der Haltevorrichtung ausgebildet und vorgesehen ist und an dem mindestens ein Adapter fixiert ist, der mindestens eine Komponente zur Fixierung des Bauteils trägt.
Bei einer zumindest teilweise automatisierten Bearbeitung des jeweiligen Werkstücks ist das Werkstück in der dann zumindest teilweise automatisch arbeitenden Werkzeugmaschine über eine wenigstens eine Haltevorrichtung aufweisende Halteeinheit, insbesondere zumindest teilautomatisch einspannbar. Hierbei bringt die Halteeinheit zumindest eine der Haltevorrichtungen an bzw. auf dem Werkstück zur Anlage, um das Werkstück in der Werkzeugmaschine Lage- bzw. Positionsstabil zu halten. Eine herkömmliche Spanneinheit ist jedoch nicht dazu ausgebildet, Werkstücktoleranzen aufzufangen bzw. auszugleichen, sodass durch die Toleranzen abweichende Maße des Werkstücks sich negativ auf das Bearbeiten des Werkstücks auswirken. Insbesondere kann es zu Störungen der Werkzeugmaschine bzw. Werkzeuganlage kommen, wenn eine Sensorik beim Einspannen des Werkstücks einen weiteren Programmablauf bzw. ein weiteres Bearbeiten des Werkstücks nicht freigibt bzw. blockiert, obwohl die Toleranzen des Werkstücks in einem zulässigen Bereich liegen. Dies erfordert zumindest, etwa durch einen Arbeiter, eine Kontrolle, wenn nicht sogar ein manuelles Nacharbeiten bzw. ein Nachausrichten des Werkstücks in der Werkzeugmaschine, bevor der eigentliche Bearbeitungsvorgang gestartet werden kann. Doch auch wenn das Werkstück mittels der Werkzeugmaschine bestimmungsgemäß bearbeitet worden ist, kann es aufgrund der Werkstücktoleranzen dazu kommen, dass ein automatisches Lösen des Werkstücks aus dem Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine blockiert ist, sodass das Öffnen manuell zu unterstützen ist oder vollständig von dem Arbeiter zu übernehmen ist. Des Weiteren wirken sich die Werkstücktoleranzen, wenn diese nicht in irgendeiner Art im Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine ausgeglichen bzw. aufgefangen werden, negativ auf eine Bearbeitungsqualität, beispielsweise eine Maßhaltigkeit, aus. Diesen Problemen ist durch die eingangs genannte herkömmliche Haltevorrichtung bzw. Niederhalter-Anordnung nicht beizukommen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein besonders effizientes Einspannen eines Werkstücks in einen Bearbeitungsraum einer Werkzeugmaschine zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Haltevorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Werkzeugmaschine mit den in Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine anzusehen und umgekehrt. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist zum Halten bzw. Fixieren eines Werkstücks in einem Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungsmaschine ausgebildet. Die Haltevorrichtung weist einen Trägerkörper und einen Werkstückhaltekörper auf. Der Werkstückhaltekörper ist an dem Trägerkörper - insbesondere indirekt - befestigt. Das bedeutet, dass der Trägerkörper und der Werkstückhaltekörper aneinander, insbesondere indirekt aneinander befestigt sind. Der Werkstückhalter ist direkt bzw. unmittelbar mit dem Werkstück kontaktierbar. Infolgedessen ist der Werkstückhalter dazu ausgebildet, wenigstens einen Freiheitsgrad des Werkstücks zu blockieren, wenn mittels der Haltevorrichtung das Werkstück in den Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine gehalten wird, indem der Werkstückhaltekörper das Werkstück direkt berührt bzw. direkt an dieses angrenzt.
Um nun mittels der Haltevorrichtung das Werkstück besonders effizient in den Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine einspannen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Werkstückhaltekörper und der Trägerkörper relativbewegbar aneinander befestigt sind und die Haltevorrichtung weiter ein zwischen dem Werkstückhaltekörper und dem Trägerkörper angeordnetes Federelement aufweist. Hierdurch ist eine besonders effiziente Möglichkeit zum Ausgleich von Werkstücktoleranzen geschaffen, insbesondere von Dicke- bzw. Stärketoleranzen des Werkstücks. Insbesondere bei einem zumindest teilautomatischen Einspannen des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine sind so die Werkstücktoleranzen ausgleichbar, die in Zusammenspiel mit einer herkömmlichen Haltevorrichtung einen Betrieb der Werkzeugmaschine zumindest behindern würden. Anders ausgedrückt ist die Werkzeugmaschine, insbesondere wenn das zumindest teilautomatische Einspannen des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine selbst erfolgt, bestimmungsgemäß betreibbar, wobei der bestimmungsgemäße Betrieb der Werkzeugmaschine von den Toleranzen des Werkstücks unabhängig ist. Von besonderem Vorteil ist es des Weiteren, dass mittels der Haltevorrichtung eine Maßänderung, beispielsweise eine Ausdehnung, des Werkstücks ausgleichbar ist, die im Zuge bzw. aufgrund des Bearbeitens erfolgt, etwa wegen eines Wärmeeintrags in das Werkstück. Daher ist nicht nur das Einspannen des Werkstücks, sondern auch das Lösen des Werkstücks von der Werkzeugmaschine besonders effizient gewährleistet. In weiterer Folge ist daher eine Taktzeit oder Taktdauer der Werkzeugmaschine besonders stabil und wird nicht durch unvorhergesehene Tätigkeiten, wie ein Nachjustieren des Werkstücks in der Werkzeugmaschine, ungeplant verlängert. Dies ist besonders dann günstig, wenn die Werkzeugmaschine Teil einer Fertigungsstraße ist, beispielsweise für einen Fahrzeugbau, insbesondere Serienfahrzeugbau.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Haltevorrichtung weist diese ein schwenkbar bzw. gelenkig mit dem Trägerkörper verbundenes Gelenkelement auf, woran der Werkstückhaltekörper angeordnet ist. Insofern sind der Trägerkörper und der Werkstückhaltekörper indirekt - nämlich über das Gelenkelement - aneinander befestigt bzw. miteinander verbunden. Des Weiteren bildet bei dieser Ausführungsform der Trägerkörper ein weiteres Gelenkelement, das mit dem Gelenkelement korrespondiert, wobei das Gelenkelement und das weitere Gelenkelement, das heißt das Gelenkelement und der Trägerkörper, miteinander ein Gelenk, insbesondere Drehgelenk bzw. Scharnier, bilden. Auf diese Weise ist der Werkstückhaltekörper besonderes effizient an dem Trägerkörper angebracht und einfach entlang einer vordefinierten Bewegungstrajektorie in Bezug zu dem Trägerkörper bewegbar.
In dem Fall, dass die Haltevorrichtung das durch den Trägerkörper und das Gelenkelement gebildete Gelenk bzw. Scharnier aufweist, ist einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge vorgesehen, dass das Federelement zwischen dem Gelenkelement und dem Trägerkörper angeordnet ist. Hierbei grenzt das Federelement insbesondere sowohl an das Gelenkelement als auch an den Trägerkörper direkt bzw. unmittelbar an. Anders ausgedrückt bildet das Federelement ein Abstandselement, über welches das Gelenkelement und der Trägerkörper voneinander auf Abstand gehalten werden. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Federelement unter einem Einspannen des Werkstücks mittels der Haltevorrichtung spannbar ist. Mit anderen Worten ist das Federelement zumindest teilweise gespannt, wenn mittels der Haltevorrichtung das Werkstück in dem Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine gehalten bzw. fixiert ist. Auf diese Weise sind zum einen die Werkstücktoleranzen durch das Spannen des Federelements bzw. durch das gespannte Federelement ausgleichbar. Zum anderen ist durch das Federelement gewährleistet, dass der Werkstückhaltekörper sicher an dem Werkstück zur Anlage kommt und dort gehalten wird. Demnach fördert das Federelement das besonders effiziente Einspannen des Werkstücks in die Werkzeugmaschine und einen besonders sicheren Halt des Werkstücks.
Der Effekt des besonders effizienten Toleranzausgleichs ist nochmals verstärkbar, wenn zwei miteinander korrespondierende und einander gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Haltevorrichtungen gleichzeitig an einem Werkstück zum Einsatz gebracht werden, und zwar an gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks. Denn dann ist eine positionelle Lage einer Mittenebene des jeweiligen Werkstücks durch die beiden Haltevorrichtungen konstant und wiederholbar wunschgemäß in Bezug zu der Werkzeugmaschine bzw. in Bezug zu dem Bearbeitungsbereich anordenbar oder halterbar. Bei einer variierenden Dicke/Stärke des jeweiligen Werkstücks (beispielsweise unterschiedliche Dicken von Werkstück zu Werkstück oder Zunahme der Dicke während des Bearbeitens des Werkstücks) wird eine Hälfte des Toleranzmaßes von einer der Haltevorrichtungen und die andere Hälfte des Dickenzuwachses bzw. Dickenunterschieds durch die andere der Haltevorrichtungen, wenn das Werkstück in/an die Werkzeugmaschine gespannt ist. Hierdurch ist das Werkstück, beispielsweise wenn dieses eine zumindest im Wesentlichen ebene Platte ist, besonders effizient in dem Bearbeitungsraum gehalten.
Weist die Haltevorrichtung das durch das Gelenkelement und den Trägerkörper gebildete Gelenk auf, ist es weiter vorteilhaft - wie in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen - wenn die Haltevorrichtung ein Begrenzungselement aufweist, mittels dessen ein Schwenkwinkel des Gelenkelements in Bezug zu dem Trägerkörper begrenzbar ist. Das Begrenzungselement ist insbesondere von dem Federelement separat ausgebildet. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass das Gelenk bzw. das Gelenkelement und der Trägerkörper nicht in unerwünschter Weise aufklappt bzw. aufschwenkt. Denn ein Einspannen des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine wäre durch einen unerwünscht großen Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkelement und dem Trägerkörper gegebenenfalls behindert, wenn nicht sogar blockiert, da das Werkstück dann abseits des Werkstückhaltekörpers mit dem Schenkelelement kollidieren könnte. Indem aber durch das Begrenzungselement sichergestellt ist, dass der zwischen dem Gelenkelement und dem Trägerkörper ausgebildete Schwenkwinkel in zulässigem Maße gering bleibt, ist das sichere bzw. effiziente Einspannen des Werkstücks in die Werkzeugmaschine gewährleistet.
Weiter ist es bei der Haltevorrichtung von Vorteil, wenn der Werkstückhaltekörper ein in Bezug zu dem Trägerkörper und/oder in Bezug zu dem Gelenkelement rotierbarer oder wälzbarer Walzenkörper ist. Insbesondere ist der Walzenkörper eine entsprechend einem geraden Kreisringzylinder ausgebildete Walze. So ist auf vorteilhafte Weise gewährleistet, dass unter einem Wälzen des Walzenkörpers bzw. Werkstückhaltekörpers das Werkstück schonend in Bezug zu der Haltevorrichtung bewegbar ist. So kann beim Einspannen des Werkstücks in die Werkzeugmaschine und/oder, wenn das eingespannte Werkstück für dessen Bearbeitung in Bezug zu der Haltevorrichtung zu bewegen ist, ein Beschädigen des Werkstücks vermieden werden. Bei letzterem ist dennoch der besonders sichere Sitz bzw. Halt des Werkstücks in Bezug zu wenigstens einem Freiheitsgrad des Werkstücks, das heißt zumindest entlang eines der drei Raumrichtungsvektoren, sichergestellt.
Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Federelement einen vollständig von einem Federmaterial durchsetzten Federblock aufweist. Insbesondere kann das Federelement durch den Federblock vollständig gebildet sein. Aufgrund dieser Ausgestaltung des Federelements mit dem elastischen Federblock ist die Haltevorrichtung zum einen besonders robust und zum anderen besonders einfach bzw. aufwandsarm herstellbar. Des Weiteren bietet das den massiven elastischen Federblock aufweisende Federelement besonders vorteilhafte Federungseigenschaften bzw. Materialeigenschaften, zumindest für den hierin beschriebenen Anwendungszweck.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Haltevorrichtung, insbesondere des Federelements, ist vorgesehen, dass der Federblock eine einem geraden Kreiszylinder, insbesondere Kreisringzylinder, entsprechende Gestalt aufweist. Infolgedessen ist das Federelement besonders materialeffizient herstellbar, wobei aufgrund der kreiszylindrischen bzw. kreisringzylindrischen Gestalt des Federelements eine besonders vorteilhafte Federkennlinie bereitgestellt ist.
Von besonderem Vorteil für das besonders effiziente Einspannen des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine, das heißt in oder an die Werkzeugmaschine, ist es, wenn das Federmaterial einen Kunststoff, insbesondere ein synthetisches Elastomer, bevorzugt ein Polyurethan-Kautschuk, aufweist. Aufgrund dessen ist das Federelement besonders robust ausgebildet, weist also eine besonders hohe Lebensdauer auf. Des Weiteren zeichnet sich das zumindest teilweise durch den Kunststoff bzw. Polyurethan-Kautschuk ausgebildete Federelement durch eine hohe Beständigkeit gegenüber von Schmiermitteln aus, die insbesondere in der Werkstückbearbeitung üblicherweise zum Einsatz kommen. Überdies weist dann das Federelement, das den Kunststoff bzw. das Polyurethan-Kautschuk aufweist, eine besonders vorteilhafte thermische Belastbarkeit auf.
Um das besonders effiziente Einspannen des Werkstücks in die Werkstückmaschine sowie einen toleranzausgleichenden, aber dennoch sicheren Halt des Werkstücks in dem Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine noch weiter zu unterstützen, kann in weiterer Ausgestaltung der Haltevorrichtung, insbesondere des Federelements, vorgesehen sein, dass das Federmaterial einen Shorehärtewert zwischen 40 und 120, bevorzugt zwischen 60 und 100, besonders bevorzugt von 80, aufweist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Werkzeugmaschine, die mit wenigstens einer Haltevorrichtung ausgerüstet ist. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkzeugmaschine ergeben sich aus Merkmalen, Vorteilen und vorteilhaften Ausgestaltungen der Haltevorrichtung, die weiter oben bereits dargelegt sind. Aus diesem Grund werden entsprechende Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkzeugmaschine hier nicht noch einmal wiederholt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 in perspektivischer Darstellung eine Werkzeugmaschine mit einer Haltevorrichtung;
2 in perspektivischer Darstellung die Werkzeugmaschine, in oder an der mittels der Haltevorrichtung ein Werkstück gehalten ist; und
3 in perspektivischer Darstellung die Haltevorrichtung allein.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Bearbeitungsmaschine oder Werkzeugmaschine 1 mit wenigstens einer Haltevorrichtung 2. Die Werkzeugmaschine 1 ist dazu ausgebildet, ein Werkstück 3 (siehe 2) in einem Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 zu halten bzw. zu fixieren. Der Zweck des Haltens bzw. Fixierens des Werkstücks 3 in dem Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 ist, das Werkstück 3, insbesondere mittels der Werkzeugmaschine 1, bearbeiten zu können, wozu das Werkstück 3 besonders positionsstabil bzw. lagestabil in dem Bearbeitungsbereich 4, zumindest für eine Bearbeitungsdauer, zu halten ist. Bei dem Werkstück 3 kann es sich um eine Platte, insbesondere Metallplatte, etwa ein Blech handeln. Die Werkzeugmaschine 1 bzw. die Haltevorrichtung 2 sind aber problemlos auf andere Werkstückgeometrien und/oder -abmessungen übertragbar.
Im vorliegenden Beispiel weist die Werkzeugmaschine 1 wenigstens eine Halteeinheit 5 auf, die mindestens eine Haltevorrichtung 2, im vorliegenden Beispiel zwei Haltevorrichtungen 2 aufweist. Je nach Außenabmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks 3 kann die Werkzeugmaschine 1 mehr als eine Halteeinheit 5 und infolgedessen mehr als zwei Haltevorrichtungen 2 aufweisen. In 1 ist die Halteeinheit 5 abgebildet, wie sie in eine Freigabestellung verstellt ist. In dieser Freigabestellung ist das Werkstück 3 aus der Werkzeugmaschine 1 bzw. aus deren Bearbeitungsbereich 4 entnehmbar oder es ist das Werkstück 3 in den Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 einsetzbar bzw. zuführbar.
Um das Werkstück 3 bestimmungsgemäß in den Bearbeitungsbereich 4 bzw. an oder in die Werkzeugmaschine 1 zu spannen, ist die Halteeinheit 5 in eine Spannstellung verstellbar, wie es in 2 gezeigt ist. Dementsprechend zeigt 2 eine perspektivische Darstellung der Werkzeugmaschine 1, in bzw. an der mittels der Haltevorrichtung 2 bzw. mittels der Haltevorrichtungen 2 das Werkstück 3 gehalten ist. Hierbei sind mittels der Halteeinheit 5 die beiden Haltevorrichtungen 2 in die Spannstellung zueinander hinbewegt bzw. verstellt worden. Es ist denkbar, dass die Halteeinheit 5 zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung auf translatorischem Wege verstellbar ist; im vorliegenden Beispiel ist die Halteeinheit 5 zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung auf rotatorischem Wege verstellbar. Das bedeutet, dass zumindest eine der Haltevorrichtungen 2 der Halteeinheit 5 zu der entsprechend anderen der Haltevorrichtungen 2 hin verstellt wird, wenn die Halteeinheit 5 aus der Freigabestellung in die Spannstellung verstellt wird.
Wie der Darstellung in 2 des Weiteren zu entnehmen ist, ist das Werkstück 3, vorliegend metallisches Flachmaterial, zum Beispiel Blech, in der Spannstellung zwischen den beiden Haltevorrichtungen 2 eingespannt. Jedoch unterliegt das Werkstück 3 bzw. das Blech Toleranzen, die mittels der Werkzeugmaschine 1, insbesondere mittels der Haltevorrichtung 2 auszugleichen sind, um einen zuverlässigen Betrieb der Werkzeugmaschine 1 zu gewährleisten. Denn angenommen, das Blech weist aufgrund der Toleranzen eine vergleichsweise hohe Dicke bzw. Stärke auf, kann es dazu kommen, dass die Halteeinheit 5 in nachteiliger Weise nicht oder nicht vollständig in die Spannstellung schließbar ist. Mit anderen Worten würde das aufgrund der Toleranzen zu dicke Blech das Schließen oder Verstellen der Halteeinheit 5 in die Spannstellung blockieren oder zumindest behindern. Ist die Werkzeugmaschine 1 mit einer Sensorik ausgestattet, die einen weiteren Programmablauf bzw. ein weiteres Bearbeiten des Werkstücks 3 nur dann zulässt, wenn die Halteeinheit 5 bestimmungsgemäß, das heißt vollständig, in die Spannstellung verstellt ist, ist das Bearbeiten bzw. weiter bearbeiten des Werkstücks 3 blockiert. Es wäre hierdurch erhöhter Aufwand zu betreiben, um den Programmablauf zum Bearbeiten des Werkstücks 3 fortzusetzen. Beispielsweise müsste manuell, das heißt durch einen Arbeiter, der gewünschte, das heißt korrekte Einspannzustand des Werkstücks 3 kontrolliert oder hergestellt werden.
Es kann des Weiteren dazu kommen, dass das Werkstück 3 mittels der korrekt in die Spannstellung verstellten Halteeinheit 5 in der Werkzeugmaschine 1 gehalten ist, aber dann das Öffnen der Halteeinheit 5 in die Freigabestellung blockiert ist, beispielsweise wenn das Werkstück 3 während des Bearbeitens bzw. aufgrund des Bearbeitens desselben an Dicke bzw. Stärke zunimmt, etwa durch einen Wärmeeintrag. Denn dann könnte die Halteeinheit 5 klemmen, wodurch eine Freigabe des Werkstücks 3 und infolgedessen das Bestücken der Werkzeugmaschine 1 mit einem weiteren Werkstück 3 verhindert wäre.
Aufgrund dessen ist vorgesehen, das Werkstück 3 über wenigstens ein Federelement 6 in der Spannstellung der Halteeinheit 5 in dem Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 zu halten, sodass die Toleranzen und/oder Maßänderungen des Werkstücks 3 in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden können.
3 zeigt in perspektivischer Darstellung die Haltevorrichtung 2 allein. Diese weist einen Trägerkörper 7 und einen Werkstückhaltekörper 8 auf. Wie bereits 1 und 2 zu entnehmen ist, sind das Werkstück 3 und der Werkstückhaltekörper 8 direkt bzw. unmittelbar miteinander kontaktierbar. Das bedeutet, dass der Werkstückhaltekörper 8 in der Spannstellung (wie in 2 dargestellt) direkt an dem Werkstück 3 anliegt, wodurch wenigstens ein Freiheitsgrad des Werkstücks 3 mittels des Werkstückhaltekörpers bzw. mittels der Haltevorrichtung 2 blockiert ist.
Zwischen dem Trägerkörper 7 und dem Werkstückhaltekörper 8 ist das Federelement 6 angeordnet, das aufgrund des Verstellens der Halteeinheit 5 bzw. der Haltevorrichtung 2 in die Spannstellung spannbar und aufgrund des Verstellens der Haltevorrichtung 2 bzw. der Halteeinheit 5 in die Freigabestellung entspannbar ist. Mit anderen Worten ist das Federelement 6 gespannt, wenn mittels der Haltevorrichtung 2 das Werkstück 3 in oder an die Werkzeugmaschine gespannt ist. Dahingegen ist das Federelement 6 entspannt, wenn die Haltevorrichtung 2 bzw. die Werkzeugmaschine 1 frei von dem Werkstück 3 ist.
In der Spannstellung, das heißt wenn das Werkstück 3 mittels der Haltevorrichtung 2 in dem Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 eingespannt ist - übt das Federelement 6 auf das Werkstück 3 eine die Position des Werkstücks 3 sichernde Federkraft aus. Das Federelement 6 ist zum Toleranzausgleich, insbesondere wenn das Werkstück 3 während des Bearbeitens an Stärke bzw. Dicke zunimmt, noch weiter spannbar, wobei der Werkstückhaltekörper 8 zu dem Trägerkörper 7 hin bewegt wird, während eine positionelle Lage des Trägerkörpers 7 und infolgedessen eine positionelle Lage der Halteeinheit 5 konstant bleibt. Das bedeutet, dass eine Kraft, die das Werkstück 3 durch die Dickeänderung bzw. Stärkeänderung in Richtung hin zu der Halteeinheit 5 bzw. in Richtung hin zu der Haltevorrichtung 2 ausübt, unter dem weiteren Spannen des Federelements 6 durch dieses aufgenommen wird.
Überdies ist durch die Haltevorrichtung(en) 2 eine von Werkstück 3 zu Werkstück 3 variierende Abmessung, insbesondere die Dicke/Stärke des Blechs, auffangbar. Ist eines der mittels der Werkzeugmaschine 1 zu bearbeitenden Werkstücke 3 oder Bleche dicker als ein anderes, wird das Federelement 6 entsprechen der höheren Dicke mehr gespannt. Mit anderen Worten korrespondiert ein Spannen des Federelements 6 mit einer Dicke des aktuell in die Werkzeugmaschine einzuspannenden oder eingespannten der Werkstücke 3.
Eine jeweilige Mittenebene des entsprechenden Blechs oder Werkstücks 3 bleibt trotz eines eventuellen Toleranzausgleichs positionell gesichert, wenn in der Spannstellung der Halteeinheit 5 - wie vorliegend vorgesehen - die beiden Haltevorrichtungen 2 an einander entgegengesetzten Seiten bzw. Flächen des Werkstücks 3 bzw. Blechs angelegt sind. Hierbei können die Haltevorrichtungen 2 einander auf gleicher Höhe gegenüberliegen.
Die Haltevorrichtung 2 weist weiter im vorliegenden Beispiel ein Gelenkelement 9 auf, dass an einem ersten Ende 10 den Werkstückhaltekörper 8 trägt und an einem dem ersten Ende 10 entgegengesetzten, zweiten Ende 11 bewegbar bzw. gelenkig oder schwenkbar mit dem Trägerkörper 7 verbunden ist. Das bedeutet, dass der Werkstückhaltekörper 8 und der Trägerköper 7 indirekt, nämlich über das Gelenkelement 9, miteinander verbunden sind. Des Weiteren bildet der Trägerkörper 7 ein weiteres Gelenkelement 12, sodass der Trägerkörper 7 bzw. das zweite Gelenkelement 12 und das erste Gelenkelement 9 miteinander ein Drehgelenk 13 bzw. Scharnier bilden. Hierdurch sind das erste Gelenkelement 9 und das zweite Gelenkelement 12 um eine gemeinsame Gelenkachse 14 relativ zueinander bzw. gegeneinander verdrehbar bzw. verschwenkbar.
Ein Verschwenken bzw. Verdrehen des ersten Endes 10 des ersten Gelenkelements 9 in Richtung hin zu dem Trägerkörper 7 ist durch das Federelement 6 begrenzt. Ein Verschwenken des ersten Endes 10 des ersten Gelenkelements 9 in Richtung weg von dem Trägerkörper 7 ist durch ein Begrenzungselement 15 begrenzt. Das Begrenzungselement 15 weist hierzu im vorliegenden Beispiel einen Hohlspannstift auf, der parallel zu der Gelenkachse 14 den Trägerkörper 7 an einem Gelenkanteil 16 des Trägerkörpers 7 diesen vollständig durchdringt, sodass das erste Gelenkelement 9 bei einem maximalen Schwenkwinkel an beidseitig des Gelenkanteils 16 herausragenden Enden des Hohlspannstifts bzw. des Begrenzungselements 15 zur Anlage kommt. Denn das erste Gelenkelement 9 weist zwei über den Gelenkanteil 16 voneinander beabstandete Schenkel 17 auf, deren jeweilige Schenkelunterseite 18 bei einem vorgegebenen maximalen Schwenkwinkel an die freien Enden des Begrenzungselement 15 anstoßen. Der vorgegebene maximale Schwenkwinkel ist durch eine bewusste Positionierung des Begrenzungselements 15 in Bezug zu der Gelenkachse 14 und/oder durch Wahl eines Durchmessers der freien Enden des Begrenzungselements 15 einstellbar bzw. wählbar.
Der Werkstückhaltekörper 8 ist im vorliegenden Beispiel als ein Walzenkörper 19 ausgebildet, der um eine Wälzachse 20 rotierbar bzw. wälzbar an dem ersten Ende 10 des ersten Gelenkelements 9 gehalten ist. Das bedeutet, dass der Werkstückhaltekörper 8 bzw. der Walzenkörper 19 in Bezug zu dem Trägerkörper 7 und/oder in Bezug zu dem ersten Gelenkelement 9 drehbar bzw. rotierbar ist.
Um die Eigenschaften der Haltevorrichtung 2 für ein besonders effizientes Einspannen des Werkstücks 3 in dem Bearbeitungsbereich 4 der Werkzeugmaschine 1 weiter zu verbessern, weist das Federelement 6 einen vollständig von einem Federmaterial durchsetzten elastischen Federblock 21 auf. Demnach ist das Federelement 6 vorliegend insbesondere von einer Schraubenfeder, einer Tellerfeder, einer Spiralfeder und/oder anderer, wenigstens eine Windung aufweisenden Federprinzipien klar unterschieden. Darüber hinaus ist das Federmaterial ein von einem Fluid unterschiedliches Material, sodass das Federelement 6 auch keine Gasfeder ist. Stattdessen erstreckt sich das Federmaterial vollständig zwischen dem Trägerkörper 7 und dem ersten Gelenkelement 9 durchgängig, da das Federelement 6 keinerlei Windungen aufweist. Es ist jedoch denkbar, dass anstatt des den Federblock 21 aufweisenden Federelements 6 wenigstens eines jener Federprinzipien zum Einsatz kommt.
Wie in 3 des Weiteren zu erkennen ist, weist das Federelement 6 bzw. der Federblock 21 eine einem geraden Kreiszylinder entsprechende Gestalt auf. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Federblock 21 des Federelements 6 in Form eines geraden Kreisringzylinders ausgebildet ist, mit anderen Worten als ein Hohlrundstab ausgebildet ist. Für besonders vorteilhafte Federungseigenschaften des Federelements 6 bzw. des Federblocks 21 umfasst das Federmaterial einen Kunststoff, insbesondere ein synthetisches Elastomer, vorliegend ein Polyurethan-Kautschuk. Hierbei liegt eine Shorehärte des Federblocks 21 bzw. des Federmaterials zwischen 40 und 120, bevorzugt zwischen 60 und 100, vorliegend 80.
Die bis hierhin beschriebene Haltevorrichtung 2 ist an einem vorbestimmten Tragelement 22 der Halteeinheit 5 (siehe 1 und 2) befestigbar oder befestigt, beispielsweise mittels eines Befestigungselements 23. Um einen besonders sicheren Halt der Haltevorrichtung 2 an dem Tragelement 22 der Halteeinheit 5 zu gewährleisten, kann ein weiteres Befestigungs- bzw. Sicherungselement 24 vorgesehen sein. Im vorliegenden Beispiel ist das Befestigungselement 23 als eine Schraube ausgebildet, deren Kopfanteil an dem Trägerköper 7 abgestützt oder Abstützbar ist und deren Gewindeanteil in ein korrespondierendes Gewindeloch des Tragelements 22 der Halteeinheit 5 eingreift, wenn die Haltevorrichtung 2 und das Tragelement 22 aneinander befestigt sind. Um zu vermeiden, dass die Haltevorrichtung 2 um das Befestigungselement 23 bzw. um die Schraube drehbar ist, greift das Sicherungselement 24 in ein damit korrespondierendes Loch in dem Tragelement 22 ein.
Um das Federelement 6 bzw. den Federblock 21 positionsstabil in Bezug zu dem Trägerkörper 7 bzw. zu dem ersten Gelenkelement 9 zu halten, weisen/weist der Trägerkörper 7 und/oder das erste Gelenkelement 9 ein (jeweiliges) Sackloch auf, dessen Lochkontur und eine Außenkontur des Federelements 6 bzw. des Federblocks 21 miteinander korrespondieren. Das bedeutet, dass das Federelement 6 zumindest teilweise in das (jeweilige) Sackloch und infolgedessen in den Trägerkörper 7 und/oder in das erste Gelenkelement 9 eingesetzt oder einsetzbar ist.
Die Haltevorrichtung 2 weist weiter eine (nicht dargestellte) Sicherungseinrichtung auf, mittels derer zum einen ein Gelenkbolzen 25 und zum anderen ein Wälzbolzen 26 positionsstabil in Bezug zu dem ersten Gelenkelement 9 gehaltert sind. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Sicherungseinrichtung hierzu zwei Sägeringe, die jeweils wenigstens an einem Ende des Gelenkbolzens 25 und des Wälzbolzens 26 in eine entsprechende Nut der Bolzen 25, 26 eingreifen. So ist ein axiales Verschieben der Bolzen zumindest in eine der axiale Richtungen blockiert. Des Weiteren weist die Sicherungseinrichtung an dem entsprechend anderen Ende der Bolzen 25, 26 entweder jeweils einen weiteren Sägering auf oder einen jeweiligen Kopfanteil der Bolzen 25, 26, der einen größeren Durchmesser als der Bolzenanteil der Bolzen 25, 26 aufweist. Hierdurch ist das axiale Verschieben der Bolzen 25, 26 in die andere der axialen Richtungen blockiert.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
2: Haltevorrichtung
3: Werkstück
4: Bearbeitungsbereich
5: Halteeinheit
6: Federelement
7: Trägerkörper
8: Werkstückhaltekörper
9: erstes Gelenkelement
10: erstes Ende
11: zweites Ende
12: zweites Gelenkelement
13: Drehgelenk
14: Gelenkachse
15: Begrenzungselement
16: Gelenkanteil
17: Schenkel
18: Schenkelunterseite
19: Walzenkörper
20: Wälzachse
21: Federblock
22: Tragelement
23: Befestigungselement
24: Sicherungselement
25: Gelenkbolzen
26: Wälzbolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19905475 A1 [0002]
DE 202018105777 U1 [0002]

Claims

Haltevorrichtung (2) zum Halten eines Werkstücks (3) in einem Bearbeitungsbereich (4) einer Werkzeugmaschine (1), mit einem Trägerkörper (7, 12) und einem daran befestigten und direkt mit dem Werkstück (3) kontaktierbaren Werkstückhaltekörper (8, 19), dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhaltekörper (8, 19) und der Trägerkörper (7, 12) relativbewegbar aneinander befestigt sind und die Haltevorrichtung (2) ein zwischen dem Werkstückhaltekörper (8, 19) und dem Trägerkörper (7, 12) angeordnetes Federelement (6, 21) aufweist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein schwenkbar mit dem Trägerkörper (7, 12) verbundenes Gelenkelement (9), an welchem der Werkstückhaltekörper (8, 19) angeordnet ist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6, 21) zwischen dem Gelenkelement (9) und dem Trägerkörper (7, 12) angeordnet ist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 1 und 2 oder nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Begrenzungselement (15), mittels dessen ein Schwenkwinkel des Gelenkelements (9) in Bezug zu dem Trägerkörper (7, 12) begrenzbar ist.
Haltevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhaltekörper (8) ein in Bezug zu dem Trägerkörper (7, 12) rotierbarer Walzenkörper (19) ist.
Haltevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) einen vollständig von einem Federmaterial durchsetzen elastischen Federblock (21) aufweist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federblock (21) eine einem geraden Kreiszylinder entsprechende Gestalt aufweist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmaterial einen Kunststoff, insbesondere ein synthetisches Elastomer aufweist.
Haltevorrichtung (2) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmaterial einen Shorehärtewert zwischen 40 und 120, bevorzugt zwischen 60 und 100, besonders bevorzugt von 80, aufweist.
Werkzeugmaschine (1) mit wenigstens einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Haltevorrichtung (2).