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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspannen
eines Werkstückes sowie ein Verfahren zum Herstellen einer
Einspannvorrichtung.
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Es ist bekannt, ein Werkstück zum Bearbeiten derart mit einem
Spannwerkzeug zu fixieren, dass beispielsweise eine spanende Bearbeitung an dem
fixierten Werkstück vorgenommen werden kann. Hierzu wird das Werkstück
beispielsweise mittels wenigstens zweier Spannbacken gegenüber einem
spanenden Werkzeug festgehalten und mittels des Werkzeugs bearbeitet.
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Derartige Vorrichtungen und Verfahren eignen sich sehr gut für die
Bearbeitung von geometrisch einfachen Werkstücken. Komplizierter wird es jedoch,
wenn das zu bearbeitende Werkstück eine aufwendige Geometrie aufweist
und hierdurch mit universell einfachen Spannvorrichtungen nur unzureichend
oder gar nicht gehalten werden kann. Zwar existieren für derart komplexe
Werkstücke spezielle Formspannbacken. Diese sind jedoch meist sehr
aufwendig und damit kostenintensiv herzustellen.
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Eine Weiterentwicklung einer Spannvorrichtung wird in der Druckschrift DE 195 47 952 A1
beschrieben. Hierbei umfasst die Spannvorrichtung
Spannbacken, von denen wenigstens eine Spannbacke temporär flexibel sein kann.
Hierdurch kann sich die flexible Spannbacke, auch als sogenannte
Formspannbacke bezeichnet, an eine komplizierte Umfangskontur eines
Werkstücks anpassen. Die Formspannbacke besteht hierbei aus einem mit einem
Füllmaterial gefüllten Hohlkörper. Das Füllmaterial liegt bei
Raumtemperatur in einem festen Zustand vor, so dass die Formspannbacke das Werkstück
bei Raumtemperatur fest anpacken und einspannen kann. Damit sich die
Formspannbacke auch an eine aufwendige Umfangskontur des Werkstückes
anpassen kann, wird die Formspannbacke bzw. das bei Raumtemperatur
feste Füllmaterial mittels einer Heizeinrichtung temporär erwärmt, wodurch die
Formspannbacke zumindest zeitweise flexibel wird. In diesem Zeitraum
wird die flexible Formspannbacke an das Werkstück gebracht, wobei sich
die erwärmte Formspannbacke beim Einspannen an die Umfangskontur des
Werkstücks anpasst.
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Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist der relativ aufwendige Aufbau der
Spannvorrichtung. Darüber hinaus ist es nachteilig, dass mittels dieser
Vorrichtung Werkstücke mit filigranen Oberflächenstrukturen, insbesondere
wenn diese Hinterschneidungen aufweisen, nur schlecht eingespannt werden
können. Auch bei dieser Vorrichtung besteht die Gefahr, dass die filigranen
Oberflächenstrukturen beschädigt werden.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren bereitzustellen, mit welcher bzw. mit welchem ein einfaches
und kostengünstiges Einspannen von komplexen Werkstückgeometrien
möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zum einen gelöst von einer Vorrichtung
zum Einspannen eines Werkstückes mit einem zumindest teilweise
geöffneten Behältnis, welches ein Aufnehmen eines Werkstückes und eines
verfestigbaren Füllmediums erlaubt.
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Das Behältnis kann hierbei eine nahezu beliebige Gestalt aufweisen.
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Behältnis derart geformt ist, dass es mittels
universeller Spannwerkzeuge gehalten werden kann. Beispielsweise besteht
das Behältnis aus einem Quadratrohr, in welchem das zu spannende
Werkstück derart eingebracht werden kann, dass es von dem Quadratrohr
vollständig bzw. zumindest teilweise umschlossen ist. Falls die Einspannkräfte
auf die Einspannvorrichtung nicht zu groß sind, kann das Behältnis auch aus
einer Glasfasermatte bestehen, in die das verfestigbare Füllmedium
zumindest teilweise eindringt und mit dem Füllmedium zusammen aushärtet.
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Die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung ermöglicht es, ein Werkstück,
insbesondere ein Werkstück mit einer komplizierten und aufwendigen
Geometrie, besonders einfach und kostengünstig zu halten.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass dünnwandige Hohlkörper von dem
Füllmedium vollständig umschlossen werden, wodurch der dünnwandige
Hohlkörper auch ohne Aufbringen einer Kraft fest umschlossen und gehalten wird.
Um den Halt des dünnwandigen Hohlkörpers weiter zu erhöhen, kann der
Hohlkörper auch im Inneren mit dem verfestigbaren Füllmedium ausgefüllt
werden. Hierdurch können Einspannkräfte besonders gut aufgenommen
werden.
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Als verfestigbares Füllmedium können all diejenigen Medien zur
Anwendung kommen, die sich in das Behältnis einbringen lassen und sich nach dem
Einfüllen im Behältnis verfestigen. Das verfestigbare Füllmedium kann als
eine Art Granulat vorliegen, das während eines Sinterprozesses verflüssigt
und anschließend aushärtet. Bevorzugt wird jedoch eine zähfließende
Flüssigkeit aus einem Kunstharz-Härter-Gemisch, welches nach dem Einfüllen in
dem Behältnis selbstständig aushärtet und das Werkstück dort stabilisiert.
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Um ein Werkstück, welches in das Behältnis gebracht ist, gegenüber dem
Behältnis bzw. gegenüber der Einspannvorrichtung zu positionieren und zu
halten, ist es vorteilhaft, wenn an dem Behältnis wenigstens ein Mittel zum
Fixieren von Werkstücken angeordnet ist.
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Vorzugsweise bleibt das Behältnis nach dem Aushärten des Füllmediums um
das fixierte Werkstück angeordnet, so dass die gesamte Einspannvorrichtung
beim Bearbeiten des Werkstückes ebenfalls bearbeitet werden kann. Die
Einspannvorrichtung, insbesondere das Behältnis der Einspannvorrichtung,
liegt in diesem Fall als eine Art verlorene Form vor, die beim Bearbeiten des
Werkstückes zerstört wird.
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Ist jedoch das ausgehärtete Füllmedium an sich gegenüber Druckkräften
ausreichend stabil, ist es möglich, das Behältnis der Einspannvorrichtung nach
dem Aushärten des Füllmediums zu entfernen und das Werkstück ohne
Behältnis zu bearbeiten. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Behältnis zumindest
zweigeteilt ist. Somit kann das ausgehärtete Füllmedium, welches das zu
bearbeitende Werkstück umschließt, leichter aus dem Behältnis entnommen
werden. Um das Abnehmen des Behältnisses von dem ausgehärteten
Füllmedium zu erleichtern, kann zumindest die mit dem Füllmedium in Kontakt
tretende Oberfläche des Behältnisses mit einem Trennmittel benetzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das verfestigbare Füllmedium in Form
eines Kunstharz-Härter-Gemisches vorliegt, welches bei Raumtemperatur
aushärtet. Zum Erhöhen der Festigkeitswerte des ausgehärteten Kunstharz-
Härter-Gemisches, können dem Gemisch beispielsweise Glasfasermatten
beigegeben werden.
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Eine mögliche Ausführungsvariante sieht vor, dass das Behältnis einen
Rahmen, eine Rahmenabdeckung und eine Abdichtung aufweist. Hierdurch
ist mittels besonders einfacher Hilfsmittel die erfindungsgemäße
Einspannvorrichtung bereitgestellt.
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Der Begriff "Rahmenabdeckung" umfasst hierbei jegliche Einrichtungen, die
dazu geeignet sind, den Rahmen zumindest einseitig zu verschließen, so
dass der Rahmen die Seitenwände der Einspannvorrichtung und die
Rahmenabdeckung wie eine Grundplatte den Boden der Einspannvorrichtung
bildet.
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Im vorliegenden Fall umfasst der Begriff "Abdichtung" alle Mittel, die den
Rahmen gegenüber der Rahmenabdeckung derart abdichten, dass ein in den
Rahmen eingefülltes Füllmedium an der die Rahmenabdeckung
aufweisenden Seite aus dem Rahmen nicht entweichen kann. Vorzugsweise dichtet die
Abdichtung den Rahmen und die Rahmenabdeckung gegeneinander luftdicht
ab.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zum anderen von einem Verfahren zum
Einspannen eines Werkstückes gelöst, bei dem das Werkstück in ein
Behältnis gebracht und danach der Raum zwischen dem Werkstück und dem
Behältnis mit einem verfestigbaren Füllmedium gefüllt wird.
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Alternativ hierzu kann das Werkstück und das verfestigbare Füllmedium
auch in umgekehrter Reihenfolge in den Behälter gelangen.
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Dementsprechend wird die Aufgabe der Erfindung von einem Verfahren
zum Einspannen eines Werkstückes gelöst, bei dem das Behältnis mit einem
verfestigbaren Füllmedium gefüllt und das Werkstück in das Behältnis
eingebracht wird, so dass das Werkstück von dem verfestigten Füllmedium
gehalten wird.
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Beide Lösungen stellen ein besonders einfaches Verfahren zum Einspannen
eines Werkstückes, insbesondere eines Werkstückes mit einer aufwendigen
Geometrie, zur Verfügung. Vorteilhaft ist es, dass zum Durchführen des
Verfahrens keine teuren Werkzeuge angeschafft werden müssen. Das
erfindungsgemäße Verfahren kann unter Zuhilfenahme einfachster Standardmittel
durchgeführt werden.
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Um das ausgehärtete Füllmedium, welches das Werkstück umschließt, nach
dem Bearbeiten des Werkstückes von diesem problemlos abzulösen ist, ist
es vorteilhaft, wenn das Werkstück vor dem Einfüllen des verfestigbaren
Füllmediums mit einem Trennmittel umgeben wird.
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Da das Werkstück vor dem Aushärten des Füllmediums gegenüber der
erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung relativ lose in dem Behältnis
angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn das Werkstück im Behältnis durch
Fixiermittel gehalten wird. Hierdurch ist ein Positionieren des Werkstückes
innerhalb des Behältnisses erreicht, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn
erst nach dem Einbringen des Werkstückes in das Behältnis ein Raum
zwischen dem Werkstück und dem Behältnis mit dem verfestigbaren
Füllmedium gefüllt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Herstellen
einer Vorrichtung zum Einspannen eines Werkstückes gelöst, bei dem bei
dem ein Rahmen an einer Rahmenabdeckung gebracht wird und der Rahmen
und die Rahmenabdeckung mittels eines Trennmittels derart abgedichtet
werden, dass ein Befüllen des Rahmens mit einem Füllmedium möglich ist.
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Durch das hier vorliegende Herstellverfahren wurde eine
Einspannvorrichtung für ein Werkstück gefunden, welches vorteilhafter Weise mit
einfachsten Mitteln leicht hergestellt werden kann. Hierdurch kann insbesondere ein
Werkstück mit einer komplizierten Geometrie gegenüber herkömmlichen
Einspannvorrichtungen kostengünstig und mit geringem Aufwand
bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden
anhand der Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher
beispielhaft eine Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken dargestellt ist.
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Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Einspannvorrichtung und
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Einspannvorrichtung aus
Fig. 1.
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Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Einspannvorrichtung 1 umfasst einen
Rahmen 2, eine Rahmenabdeckung 3 sowie vier Fixiermittel 4 (hier nur
exemplarisch beziffert) sowie ein Trennmittel 5.
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Der Rahmen 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf die Rahmenabdeckung
3 gestellt, wobei der Rahmen 2 und die Rahmenabdeckung 3 im Bereich
ihrer Stoßkanten durch das Trennmittel 5 luftdicht abgedichtet sind.
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In dem Rahmen 2 ist ein Werkstück 6 derart angeordnet, dass sich zwischen
dem Werkstück 6 und dem Rahmen 2 ein Raum 7 ergibt. Der Raum 7 wird
mit einem Kunstharz-Härter-Gemisch 8 aufgefüllt, so dass das Werkstück 6
nach dem Aushärten des Kunstharz-Härter-Gemisches 8 in dem Rahmen 2
fixiert ist.
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Damit das Werkstück 6 beim Befüllen des Raumes 7 mit dem Kunstharz-
Härter-Gemisch 8 innerhalb des Rahmens 2 seine Lage nicht verändert, ist
das Werkstück 6 mittels Schrauben 9 (hier nur exemplarisch beziffert) der
Fixiermittel 4 vorfixiert.
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Nach dem Aushärten des Kunstharz-Härter-Gemisches 8 kann die
Rahmenabdeckung 3 von dem Rahmen 2 entfernt werden, so dass eine einfache und
kompakte Geometrie vorliegt. Die einfache Geometrie des Rahmes 2 eignet
sich besonders gut dazu eingespannt zu werden.
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Damit das fertig bearbeitete Werkstück 6 leicht aus dem ausgehärteten
Kunststoff-Härter-Gemisch 8 herausgelöst werden kann, ist die Oberfläche
10 des Werkstückes 6 vor dem Befüllen des Raumes 7 mit dem Kunstharz-
Härter-Gemisch 8 mit dem Trennmittel 5 benetzt worden.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist unter Berücksichtung
einer bestimmten Aufnahme einer Bearbeitungsmaschine gestaltet. Es
versteht sich, dass die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung 1 darüber hinaus
anders gestaltet sein kann. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel mit
seinem massiven Rahmen 2 ist besonders gut zum Aufnehmen großer
Einspannkräfte geeignet.