DE10323662A1

DE10323662A1 - Einrichtung zur Ausrichtung und/oder Halterung von Gegenständen

Info

Publication number: DE10323662A1
Application number: DE2003123662
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hetschel
Original assignee: HETSCHEL LOTHAR
Current assignee: HETSCHEL LOTHAR
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Es wird eine Zentriereinrichtung (1) beschrieben zur Ausrichtung oder Halterung von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken oder Werkstückträgern, mit einem Grundkörper (2), an dem zumindest zwei Zentriermittel (3) für die Ausrichtung oder Halterung von Gegenständen vorgesehen sind. Es ist zumindest ein Spannmittel (7) vorgesehen, das zur Übertragung einer Spannkraft auf die Zentriermittel vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind die Zentriermittel (3) über eine Gelenkeinrichtung (12) schwenkbeweglich an dem Grundkörper (2) angebracht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Ausrichtung und/oder Halterung von Gegenständen, beispielsweise von Werkstücken oder Werkstückträgern, mit einem Grundkörper, an dem zwei Zentriermittel für die Ausrichtung oder Halterung von Gegenständen vorgesehen sind, und mit einem Spannmittel, das zur Übertragung einer Spannkraft auf die Zentriermittel vorgesehen ist.

Derartige Zentriereinrichtungen sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus den Bereichen der Bearbeitung von Werkstücken und der Werkzeugspanntechnik, hinreichend bekannt. Sie werden insbesondere bei einer Serienfertigung von Werkstücken oder bei häufig auszutauschenden Werkzeugen für Bearbeitungsmaschinen eingesetzt, um einen schnellen und wiederholbar genauen Austausch der Werkzeuge / Werkstücke oder anderer Gegenstände zu ermöglichen. Weite Verbreitung finden Zentriereinrichtungen insbesondere in Form von Mehrbackenfut tern für Dreh- oder Fräsmaschinen, Bohrfuttern für Bohrmaschinen oder Spannzangen für unterschiedlichste Grundbearbeitungsverfahren.

Zur Zentrierung der Werkstücke, Werkstückträger oder Werkzeuge weisen derartige Zentriereinrichtungen einen Grundkörper auf, der insbesondere mit einem einer Bearbeitungsmaschine zugehörigen Kreuztisch lösbar verbunden ist. Zur Zentrierung eines Gegenstands sind an der Zentriereinrichtung zumindest zwei Zentriermittel vorgesehen, die an dem entsprechenden Gegenstand form- und/oder kraftschlüssig angreifen und eine Übertragung von Bearbeitungskräften auf den zentrierten Gegenstand erlauben. Alle an dem zentrierten Gegenstand auftretenden Kräfte und Momente werden über die Zentriermittel übertragen, die insbesondere als ebene Spannbacken oder als mit keilförmigen Einschnitten versehene Prismenbacken ausgeführt sind. Dazu ist an den Zentriermitteln zumindest ein Spannmittel vorgesehen für eine entsprechende Gegenkraft zu den Bearbeitungskräften. Das zumindest eine Spannmittel wirkt insbesondere kraft- und/oder formschlüssig auf die Zentriermittel und ist häufig kraftübersetzend ausgeführt. Dadurch können von einem Bediener aufgebrachte Bedienkräfte zur Fixierung der Gegenstände in angepasst hohe Spannkräfte umgewandelt werden.

Ebenso sind zylindrische Passungen bekannt, die ein sehr geringes Fügespiel aufweisen. Für eine ausreichende Rundlaufgenauigkeit jedoch müssen sie sehr genau ausgerichtet werden. Dies geschieht in der Regel durch mehrere Ausrichtschrauben. Dies ist ebenfalls zeitraubend und aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher Aufbauweise eine hohe Präzision bei der Ausrichtung oder Halterung von Gegenständen sicherstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Erfindungsgemäß sind Zentriermittel über eine Gelenkeinrichtung schwenkbeweglich an einem Grundkörper angebracht. Durch eine schwenkbewegliche Anbringung der Zentriermittel an dem Grundkörper kann eine besonders einfach zu gestaltende Aufbauweise einer Zentriereinrichtung verwirklicht werden, da bei entsprechender Auslegung der Gelenkeinrichtung keine zusätzlichen Führungsmittel für die Zentriermittel notwendig sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zentriermittel zumindest abschnittsweise nahezu symmetrisch beidseitig der Gelenkeinrichtung erstreckt vorgesehen. Eine Erstreckung der Zentriermittel nahezu symmetrisch beidseitig der Gelenkeinrichtung erlaubt eine besonders vorteilhafte und flexible Anpassung der Zentriermittel an eine Kontur des zu zentrierenden Gegenstandes.

In Ausgestaltung der Erfindung ist an den Zentriermitteln zumindest jeweils ein Haltebereich vorgesehen, der bezogen auf die Gelenkeinrichtung dem Spannmittel gegenüberliegend angeordnet ist, so dass eine kinematische Umkehr der eingeleiteten Spannkraft vorgesehen ist. Ein Haltebereich des Zentriermittels steht in unmittelbarem Kontakt mit dem zu zentrierenden Gegenstand und ist bezüglich einer durch die Gelenkeinrichtung definierten Gelenkachse dem Spannmittel abgewandt. Dadurch kommt es bei Aufbringung einer Spannkraft auf das Zentriermittel zu einer kinematischen Umkehr, so dass die am Haltebereich auftretende Spannkraft der durch die Spannmittel eingeleiteten Spannkraft genau entgegengesetzt ist. Dadurch lässt sich mit einem sehr einfach gestalte ten Spannmittel die gewünschte Spannwirkung auf den zu zentrierenden Gegenstand erzielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gelenkeinrichtung als Festkörpergelenk ausgeführt und weist insbesondere eine durch abschnittsweise Materialschwächung festgelegte elastische Gelenkzone auf. Bei einem Festkörpergelenk wird die Beweglichkeit ausschließlich durch eine insbesondere elastische oder elastoplastische Deformation einer Gelenkzone erzielt, so dass mit einfachen Mitteln eine vollständig spielfreie Gelenkeinrichtung verwirklichbar ist. Festkörpergelenke sind insbesondere für hochpräzise Schwenkbewegungen in kleinen Winkelbereichen geeignet, wobei durch Auswahl geeigneter Materialien die Eigenschaften des Festkörpergelenkes hinsichtlich eines maximalen Schwenkwinkels und/oder Gelenkwiderstandsmoments einstellbar sind. Geeignete Materialien für Festkörpergelenke sind insbesondere Aluminium, Stahl, Titan oder Nickeltitanlegierungen. Ein Festkörpergelenk kann einstückig, insbesondere durch eine abschnittsweise Materialschwächung definiert werden.

Zwei- oder mehrteilige Gelenkeinrichtungen mit einem besonders elastischen Gelenkbereich können insbesondere stoffschlüssig durch Löten, Kleben oder Schweißen hergestellt werden. Durch die abschnittsweise Materialschwächung oder die zwei- oder mehrteilige Gelenkeinrichtung kann in einem vorher bestimmten Winkelbereich die Gelenkzone des Festkörpergelenks deformiert und somit verschwenkt werden, ohne dass eine plastische Deformation auftritt, die langfristig zu einem Versagen des Gelenkes führen würde.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zumindest eine Spannmittel die Zentriermittel rahmenförmig, wobei zumindest ein Krafteinleitungsmittel an dem Spannmittel vorgesehen ist. Durch eine rahmenförmige Gestaltung des Spannmittels wird ein umlaufender Kraft schluss vom Spannmittel auf die Zentriermittel sichergestellt, so dass eine besonders homogene Zentrierwirkung der Zentriereinrichtung sichergestellt ist. Als Spannmittel kommt insbesondere ein im wesentlichen formstabiler, ringförmiger Körper in Frage, von dem eine durch den Benutzer aufgebrachte Bedienkraft über ein Krafteinleitungsmittel in eine Spannkraft übersetzt wird und auf die Zentriermittel übertragen werden kann. Krafteinleitungsmittel können insbesondere als Bewegungswandler ausgeführt werden. Ein Bewegungswandler wandelt insbesondere eine eingeleitete Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung um. Als Bewegungswandler kommen insbesondere Schrauben, Hebelgetriebe, Kulissenführungen oder Exzenter in Frage. Durch das Krafteinleitungsmittel wird das Spannmittel deformiert und kann dadurch Spannkräfte auf die Zentriermittel übertragen, wodurch ein zu zentrierender Gegenstand durch die Zentriermittel festlegbar ist.

Das Spannmittel kann vorteilhaft schwimmend gelagert sein, insbesondere beweglich gegenüber den Zentriermitteln. Somit kann ein gewisser Ausgleich geschaffen werden zwischen Spannmittel und Zentriermitteln für eine Bewegung, die eine Krafteinleitung vor allem für die Zentrierung und somit in radialer Richtung bewirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zentriermittel gleichverteilt zu einer Symmetrieachse vorgesehen. Dadurch lässt sich eine besonders gleichmäßige Aufbringung der Spannkräfte von den Zentriermitteln auf den oder die zu zentrierenden Gegenstände bewirken. Die Zentriermittel sind in einer bevorzugten Ausführungsform so zu einer Symmetrieachse angeordnet, dass jedes Zentriermittel eine gleiche Beabstandung sowie eine gleiche Ausrichtung zu der Symmetrieachse aufweist. Weiterhin sind die Zentriermittel in einer Ebene orthogonal zur Symmetrieachse in gleichen Winkeln zueinander angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zentriermittel zumindest nahezu parallel gegenüberliegend angeordnet, wobei die zugehörigen Gelenkeinrichtungen nahezu parallel ausgerichtete Bewegungsachsen aufweisen. Dadurch lassen sich Gegenstände mit parallel zueinander angeordneten Körperflächen besonders vorteilhaft in der Zentriereinrichtung aufnehmen und durch Betätigung der Spannmittel festlegen. Um eine exakte Zentrierung gewährleisten zu können, sind dazu die Bewegungsachsen der zugehörigen Gelenkeinrichtungen nahezu parallel ausgerichtet, wodurch auch eine nahezu parallele, gegenläufige Bewegung der Zentriermittel sichergestellt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest drei kreisförmig konzentrisch beabstandete Zentriermittel vorgesehen. Durch eine kreisförmig konzentrische Anordnung der Zentriermittel lassen sich insbesondere runde oder mehrflächige Gegenstände mit gleichmäßiger Flächenanordnung statisch bestimmt in der Zentriereinrichtung festlegen. Insbesondere bei einer gleichmäßigen Beabstandung der kreisförmig konzentrisch angeordneten Zentriermittel kann eine besonders vorteilhafte und hochpräzise Zentrierung der Gegenstände vorgenommen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zentriermittel mit zumindest einem kreisförmig umlaufenden Koppelsteg einstückig verbunden. Ein Koppelsteg erlaubt eine Übertragung von Bewegungen von einem Zentriermittel auf ein anderes, wobei durch die insbesondere elastische Ausführung des kreisförmig umlaufenden Koppelstegs über eine teilweise Kopplung der Bewegungen stattfindet. Durch den Koppelsteg können insbesondere geringfügige Unterschiede in der Spannkraft auf die einzelnen Zentriermittel zumindest teilweise kompensiert werden, was zu einem verbesserten Zentrierergebnis führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zentriermittel und das zumindest eine Spannmittel zumindest abschnittsweise versenkt in einer Grundplatte befestigbar vorgesehen. Insbesondere bei der Bearbeitung von Gegenständen mit spanenden Bearbeitungsverfahren und dazu notwendigen Kühlschmiermitteln sind Zentriereinrichtungen einem Verschleiß ausgesetzt, der langfristig zu einer Reduzierung der Zentriergenauigkeit führt. Um diesem Umstand entgegenzutreten, sind die Zentriermittel und das zumindest eine Spannmittel zumindest abschnittsweise in einer Grundplatte versenkt, so dass entsprechende äußere Einflüsse nur eine geringe Wirkung aufzeigen.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Zentriereinrichtung mit drei konzentrisch kreisförmig angeordneten Zentriermitteln,
2 in ebener Darstellung eine Draufsicht auf die Zentriereinrichtung,
3 einen Schnitt durch die Zentriereinrichtung,
4 in ebener Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Zentriereinrichtung mit gleichmäßig wirkenden Radialspannmitteln,
5 in ebener Darstellung eine dritte Ausführungsform einer Zentriereinrichtung mit gleichmäßig wirkenden Radialspannhebeln,
6 in ebener Darstellung einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Zentriereinrichtung mit zwei Zentriermitteln,
7 in perspektivischer Darstellung eine Ansicht der Unterseite der vierten Ausführungsform der Zentriereinrichtung und
8 in perspektivischer Darstellung eine Ansicht der Oberseite der vierten Ausführungsform der Zentriereinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 dargestellte Zentriereinrichtung 1 besteht aus einem im wesentlichen ringförmigen Grundkörper 2, bei dem an einer Innenfläche 11 ein in Richtung einer nicht näher dargestellten Mittelachse des Grundkörpers erstreckter Steg 5 vorgesehen ist. An einer der Mittelachse zugewandten, nicht näher bezeichneten Stirnfläche des Stegs 5 ist konzentrisch zur Mittelachse ein kreisförmiger umlaufender Koppelsteg 4 vorgesehen, der an einer Innenseite mit drei kreisförmig konzentrisch angeordneten und gleichmäßig voneinander beabstandeten Zentriermitteln 3 versehen ist. Der ringförmige Grundkörper weist weiterhin vier Befestigungsbohrungen 10 auf, die parallel zur Mittelachse des Grundkörpers konzentrisch und gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Weiterhin ist senkrecht zur Mittelachse eine halbkreisförmige Nut 6 vorgesehen, die in radialer Richtung durch den Grundkörper verläuft. In den Grundkörper ist ein Spannring 7 lose eingelegt, der mittels eines als Spannschraube 8 ausgeführten Spannmittels eine Spannkraft auf die Zentriermittel 3 ausüben kann. Dabei verläuft die Spannschraube 8 längs der Nut 6 des Grundkörpers 2. Durch die von der Spannschraube 8 radial nach innen in Richtung der Mittelachse ausgeübte Spannkraft kommt es an zwei jeweils um 120° versetzt im Spannring ange brachten Druckbolzen 15 zu Gegenkräften, die ebenfalls nahezu radial auf das jeweilige Zentriermittel 1 wirken.
Die Spannkraft der Spannschraube und die Gegenkräfte der Druckbolzen 15 bewirken zusammen mit einer Ausgleichswirkung des umlaufenden Koppelstegs 4 eine homogene Schwenkbewegung der Zentriermittel 3. Diese Schwenkbewegung findet in den Gelenkeinrichtungen der Zentriereinrichtung 1 in etwa um in 2 dargestellte Bewegungsachsen 9 statt. Bei dem in 3 dargestellten Schnitt durch die Zentriereinrichtung sind Gelenkpunkte 12 eingezeichnet, die in etwa die Lage der als Festkörpergelenke ausgelegten Gelenkeinrichtungen repräsentieren. Weiterhin geht aus der 3 hervor, wie die Spannschraube 8 und die versetzt angeordneten Druckbolzen 15 auf die jeweiligen Zentriermittel 3 einwirken. Durch die Betätigung der Spannschraube 8 findet eine Bewegung der Zentriermittel 3 statt, die in 3 durch entsprechende Bewegungspfeile dargestellt wird. Dadurch kann ein von der Zentrierung aufzunehmendes, nicht dargestelltes Werkstück an Halteflächen 13 kraftschlüssig aufgenommen und zentriert werden.
Bei einer in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Zentriereinrichtung 1 sind an dem Spannring 7 drei Keilflächen 16 jeweils als Führungskulissen für Koppelkugeln 17 vorgesehen. Durch Rotation des Spannrings 7 um eine gemeinsame Mittelachse von Grundkörper 2 und Spannring 7 werden die Koppelkugeln 17 durch die Keilflächen 16 radial in Richtung der Mittelachse gepresst und bewirken dadurch ein Verschwenken der Zentriermittel 3. Damit lässt sich eine reibungsarme und besonders gleichförmige Bewegung der Zentriermittel 3 bewirken. Anstelle von Koppelkugeln können erfindungsgemäß allgemein Wälzkörper verwendet werden, also auch Zylinder odgl.
Bei einer in 5 dargestellten dritten Ausführungsform einer Zentriereinrichtung 1 sind zwischen den Zentriermitteln 3 und dem Spannring 7 jeweils radial angeordnete Koppelhebel 18 vorgesehen. Durch Rotation des Spannrings 7 kann über Lagerzapfen 19 eine Verschwenkbewegung der Zentriermittel 3 bewirkt werden, die ein Spannen von Gegenständen an innen oder außen gelegenen Halteflächen der Zentriermittel 3 ermöglicht.
Bei einer in den 6 bis 8 dargestellten vierten Ausführung einer Zentriereinrichtung 1 sind zwei Zentriermittel 3 vorgesehen, die mit parallelen Spannflächen gegenüberliegend angeordnet sind. Zur Bewegung der Zentriermittel 3 ist ein schwimmend gelagerter, rahmenförmiger Spannring 7 vorgesehen. Er weist an einer Stirnseite eine Spannschraube 8 auf. An einer gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Druckbolzen 15 vorgesehen. Sowohl die Spannschraube 8 als auch der Druckbolzen 15 wirken auf Druckflächen 14 der Zentriermittel 3 und bewirken somit bei Spannen der Spannschraube 8 eine Schwenkbewegung der Zentriermittel 3 um Gelenkpunkte 12. Dabei sind die Zentriermittel 3 über einen Koppelsteg 4 miteinander verbunden, der in einer nicht dargestellten Ausführungsform der Zentriereinrichtung für einen größeren Bewegungsbereich auch freigestellt sein kann. Durch das Verschwenken der Zentriermittel 3 kann ein nicht dargestellter Gegenstand an einer Nut mittels der Halteflächen 13 geklemmt und somit zentriert werden.
In einer nicht dargestellten Abwandlung der ersten oder der zweiten Ausführungsform der Zentriereinrichtung sind zur Betätigung der Zentriermittel hydraulische, pneumatische, elektrische oder elektromechanische Stellmittel vorgesehen, die jeweils direkt auf die Zentriermittel wirken. In einer weiteren nichtdargestellten Ausführungsform wirkt ein entsprechendes Stellmittel auf einen Spannring, der mit Koppelhebeln versehen ist. Dadurch lässt sich eine besonders vorteilhafte und gleichmäßige, automatisierbare Betätigung der Zentriermittel erzielen.

Claims

Einrichtung (1) zur Ausrichtung und/oder Halterung von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken oder Werkstückträgern, mit einem Grundkörper (2), an dem zumindest zwei Zentriermittel (3) für die Ausrichtung und/oder Halterung von Gegenständen vorgesehen sind, und mit zumindest einem Spannmittel (7), das zur Übertragung einer Spannkraft auf die Zentriermittel (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (3) mittels einer Gelenkeinrichtung schwenkbeweglich an dem Grundkörper (2) angebracht sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zentriermitteln (3) jeweils zumindest ein Haltebereich (13) vorgesehen ist, der bezogen auf die Gelenkeinrichtung dem Spannmittel (7) gegenüberliegend angeordnet ist, so dass eine kinematische Umkehr der eingeleiteten Spannkraft vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinrichtung als Festkörpergelenk ausgeführt ist und insbesondere eine durch abschnittsweise Materialschwächung festgelegte elastische Gelenkzone (12) aufweist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Spannmittel (7) die Zentriermittel (3) rahmenförmig, insbesondere ringförmig, umfasst und zumindest ein Krafteinleitungsmittel (8) an dem Spannmittel (7) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (7) schwimmend gelagert ist, insbesondere beweglich gegenüber den Zentriermitteln.
Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Krafteinleitungsmittel (8) ein Bewegungswandler, insbesondere eine Schraube, vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Kraftrichtung der Krafteinleitungsmittel in die Mitte der Einrichtung weist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (3) gleichverteilt zu einer Symmetrieachse vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die Symmetrieachse in der Mitte der Einrichtung verläuft.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (3) zumindest nahezu parallel gegenüberliegend angeordnet sind und die zugehörigen Gelenkeinrichtungen nahezu parallel ausgerichtete Bewegungsachsen (9) aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei kreisförmig konzentrisch zu der Symmetrieachse ausgerichtete Zentriermittel (3) vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (3) mit zumindest einem kreisförmig umlaufenden Koppelsteg (4) einstückig verbunden sind, der insbesondere elastisch ausgeführt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (3) und das zumindest eine Spannmittel (7) zumindest abschnittsweise versenkt in einer Grundplatte befestigbar vorgesehen sind.