DE4005514C2 - Flexible pneumatische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken - Google Patents
Flexible pneumatische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von WerkstückenInfo
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- DE4005514C2 DE4005514C2 DE19904005514 DE4005514A DE4005514C2 DE 4005514 C2 DE4005514 C2 DE 4005514C2 DE 19904005514 DE19904005514 DE 19904005514 DE 4005514 A DE4005514 A DE 4005514A DE 4005514 C2 DE4005514 C2 DE 4005514C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine flexible Haltevorrichtung zum
Positionieren und Fixieren von Werkstücken, mit einer eine
ebene Aufnahmefläche aufweisenden Grundplatte, auf der das
Werkstück mittels mindestens einem auf der Aufnahmefläche
lösbar befestigbaren Halteelements fixierbar ist, welches
beliebig positioniert unverrückbar aber lösbar kraftschlüssig
gehalten wird.
Eine solche Haltevorrichtung ist durch das
DE-GM 81 06 833 bekannt geworden. Die Grundplatte ist eine
ferromagnetische Platte und das Halteelement besteht aus einem
Dauermagneten mit seitlich angesetzten Eisenpolstücken.
Letztere sind mit einem Anlageansatz bzw. Klemmansatz
ausgestattet. Der Klemmansatz kann ein festzuhaltendes
Werkstück oder einen Gegenstand von oben her übergreifen.
Zur Höhenanpassung ist eine höhenverstellbare Lagerung des
Klemmelements am zugeordneten Eisenpolstück möglich.
Der Klemmansatz ist ein auch bei herkömmlichen mechanischen
Haltevorrichtungen bekannter stegförmiger Niederhalter, der oben
auf dem Gegenstand oder Werkstück aufliegt. Andere
Halteelemente sind nicht offenbart. Insofern ist das
Anwendungsgebiet dieser Haltevorrichtung recht begrenzt. Es
kommt noch hinzu, daß durch die Verwendung von Dauermagneten
diese Haltevorrichtung zum Versetzen von der ferromagnetischen
Unterlage regelrecht weggerissen werden muß. Infolgedessen
darf die magnetische Haltekraft nicht zu groß sein, weil sonst
das Versetzen, welches ganz offensichtlich von Hand erfolgt,
nicht mehr möglich ist. Magnetisch arbeitende
Haltevorrichtungen haben somit auch aus dieser Sicht nur einen
begrenzten Anwendungsbereich.
Durch die US-PS 31 59 370 ist eine Haltevorrichtung bekannt
geworden, die auf pneumatischem Prinzip beruht. Das zum
Fixieren auf einer Unterlage notwendige Vakuum kann über eine
Exzenterverstellung und eine flexible Membrane auf einfache
Art und Weise erzeugt und ebenso leicht gebrochen werden,
weswegen nicht nur das Anbringen, sondern auch das Versetzen
an eine andere Stelle der Grundfläche keine Probleme bereitet.
Nachteilig ist hierbei allerdings, daß die schraubstockartige
Klemmvorrichtung dieser Haltevorrichtung integral mit der
Haltevorrichtung selbst gefertigt ist, weswegen nur solche
Werkstücke gehalten werden können, die man üblicherweise in
einem Schraubstock festspannt. Eine paarweise oder
gleichzeitige Verwendung mehrerer solcher Haltevorrichtungen
zum gemeinsamen Positionieren und Fixieren eines Werkstücks
ist praktisch nicht möglich.
Der Druckschrift "Kleines Lexikon der Industrieroboter-
Technik" Heidelberg 1986 von Stefan Hessel, S. 35 kann man
unter dem Stichwort "Lagesicherungselemente" entnehmen, daß
das Lagesichern häufig "formpaarig durchgeführt wird, indem
der Innen- oder Außenkontur des Werkstücks ähnliche
Gegenprofile auf der Speicherfläche nachgebildet werden".
Das Lagesichern selbst erfolgt durch Kraft-, Form- und
Stoffpaarung (Haftkleben). Irgend ein Hinweis auf eine
Kombination mit einer flexiblen Haltevorrichtung insbesondere
der gattungsgemäßen Art, kann man dieser Vorveröffentlichung
nicht entnehmen.
Eine vergleichsweise einfache Haltevorrichtung für eine kleine
Vorrichtung, vorzugsweise einen Glasbruchmelder an einer
Glasscheibe, die aus einem einfachen Sauger sowie einem damit
fest verbundenen, durch eine Blattfeder gebildeten Haltearm
besteht, ergibt sich aus dem DE-GM 77 06 845. Sie ist weder
zum genauen Positionieren noch zum Fixieren eines Werkstücks
geeignet, welches in fixierter Stellung bearbeitet werden soll.
Die DE-PS 809 338 beschreibt eine vom Prinzip her der US-PS 31
59 370 verwandte Vorrichtung. Auch dort finden über eine
Exzenterbewegung betätigbare Vakuumsauger Anwendung. Es
handelt sich dabei aber im Speziellen um eine
Transportvorrichtung und nicht um eine Haltevorrichtung für
ein auf einer ebenen Aufnahmefläche zu positionierendes und zu
fixierendes Werkstück.
Außer den vorstehend erwähnten Haltevorrichtungen gibt es auch
noch stationäre oder instationäre Halte- und
Spannvorrichtungen, bei denen die Halteelemente durch
verschiedene Befestigungsmethoden an der Grundplatte
angebracht werden.
Im Falle einer mechanischen Befestigungsmethode, weist die
Grundplatte bspw. ⟂-förmige Nuten auf, in welchen
Spannschrauben verschiebbar aufgenommen liegen, mittels derer
die Halteelemente die das Werkstück halten sollen, auf der
Grundplatte fixiert werden. Nachteilig aufgrund der
vorgegebenen Einspannrasterung ist, daß sich bei bestimmten
Werkstücken eine optimale Haltesituation an der Grundplatte
oftmals nicht realisieren läßt oder nur durch Vorsehen
spezieller Halteelemente in verschiedenartigsten Formen bei
verhältnismäßig großem Aufwand erreichen läßt. Für den Einsatz
einer solchen Haltevorrichtung in automatisierten
Montageprozessen, bei welchen an einem bestimmten Werkstück
verschiedene Montagearbeiten durchgeführt werden, sind
werkstückspezifische Halteelemente auf einer
Bearbeitungsgrundpalette angebracht, um mit ihren
Halteflächen ein Formnest für das Werkstück zu bilden. Demgemäß
ist eine Vielzahl von an die jeweilige Abstützsituation sowie
geometrische Form des Werkstücks angepaßten Halteelementen
notwendig. Ein entsprechend hoher konstruktiver Aufwand der
einzelnen Halteelemente ist hierdurch gegeben, die zudem durch
die vorwiegend spanende Fertigung der Halteelemente
außerordentlich aufwendig und teuer in der Herstellung sind;
zudem benötigt man bei instationärem Einsatz, bspw. in
Montagetaktstraßen eine Vielzahl an
Bearbeitungsgrundpalettenvarianten, mit an die jeweilige
Werkstück-Kontur und Halte-/Spannsituation angepaßten
Halteelementen, was mit entsprechendem Lager- und
Kapitaleinsatz für eine so gebildete unflexible
Haltevorrichtung verbunden ist. Bei stationärem oder
instationärem Einsatz ist der Zeitaufwand zur Anpassung der
Halte-/Spannvorrichtung an eine neue Werkstückkontur
erheblich, was längere Standzeiten und somit Kosten verursacht.
Es ist ferner bekannt, durch Vorsehen einer an eine
Vakuumpumpe anschließbare perforierte Vakuumspannplatte
Werkstücke mit einer großen Aufspannfläche direkt einzuspannen
und zu bearbeiten. Nachteilig bei einer solchen
Vakuumspannplatte ist, daß keine zusätzlichen Halteelemente
angebracht werden können und Werkstücke mit nicht geeigneten
Aufspannflächen (z. B. Hohlzylinder, Körper mit kleinen
Aufstandflächen) gar nicht befestigbar sind. Die gleichen
Schwierigkeiten treten auch bei Magnetspannplatten auf, welche
zudem, ähnlich der Vakuumspannplatte, bei leichter
Verschmutzung der Spannfläche nicht mehr optimal einsetzbar
sind. Die notwendigen Leitungen und Schnittstellen für den
Anschluß an die Vakuumerzeugungsquelle schränken ferner das
Einsatzspektrum der Vakuumspannplatte erheblich ein, wodurch
diese für instationäre Spann-/Montagesysteme ungeeignet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
flexible Haltevorrichtung der eingangs beschriebenen Art so
weiterzubilden, daß eine verbesserte freie Positionierbarkeit
der Halteelemente, bei geringem Realisierungsaufwand
gewährleistet wird und dabei ein schnelles Anpassen der
Haltevorrichtung an verschiedenartigste Werkstücke und
Haltesituationen mit geringem Anpaßaufwand möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen flexiblen
Haltevorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese
gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausgebildet
ist.
Weil nunmehr jedes Halteelement aus einem
Grundkörper und mindestens einem damit
verbindbaren Formelement besteht, welches dem jeweiligen
Werkstück bzw. der Haltesituation gemäß gestaltet werden kann,
ist forderungsgemäß eine schnelle Anpassung dieser
Haltevorrichtung an das jeweils festzuhaltende Werkstück
möglich. Andererseits kann an aber den formfesten Grundkörper
für alle Aufgaben gleich ausbilden, was eine hohe Serie mit
geringen Herstellungskosten möglich macht. Je nach Bedarf wird
dann dieser Grundkörper, der selbstverständlich in Nuancen
variiert werden kann, ohne daß dies zu nennenswerten
Mehrkosten führt, mit dem jeweils passenden, dem Zweck am
besten dienenden Formelement bestückt.
Weil jeder Grundkörper mittels einer
Vakuumerzeugungsvorrichtung pneumatisch fixierbar ist, können
hohe Haftkräfte erzeugt werden. Andererseits kann man nach
Brechen des Vakuums die flexible Haltevorrichtung leicht
abnehmen bzw. versetzen.
Die Vakuumerzeugungsvorrichtung ist durch einen Greifer oder eine Verstellvorrichtung eines Industrieroboters betätigbar,
was den Einsatz dieser
Haltevorrichtung in einer automatisierten Montagestraße
ermöglicht. Das selbsterzeugte bzw. aufrecht erhaltene Vakuum
gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit
des Haltevorgangs bei geringer Störanfälligkeit. Durch das
schnelle Bilden und Aufheben des Vakuums ist eine hohe
Flexibilität in bezug auf die Anpassung an unterschiedlichste
Halte- bzw. Abstützsituationen eines Werkstücks gegeben. Eine
Schnittstelle zu einer äußeren Vakuumerzeugungsquelle, bzw.
einer Vakuumpumpe entfällt. Die einfachste Erzeugung einer
Vakuumerzeugungsvorrichtung ist die Betätigung von Hand.
Es sind kurze Umrüstzeiten gewährleistet, wobei es sich
vorteilhaft auswirkt, daß Schnittstellen zu externen
Vakuumerzeugungsquellen entfallen. Das Vakuum kann unabhängig
von der jeweiligen Ausbildung der Formelemente auf immer die
gleiche Weise und in jeweils gleicher Stärke erzeugt und
gebrochen werden.
Die Formelemente können die verschiedensten geometrischen
Formen und Maße besitzen, wodurch eine Anpassung an eine
Werkstückkontur und/oder haltesituationsspezifische
Befestigung des Werkstücks auf der Grundplatte leicht möglich
ist. Bei Verwendung der Haltevorrichtung zu Montagezwecken
können die auftretenden Montagekräfte optimal durch die
Formelemente an den Grundkörper weitergeleitet werden. Eine
freie Zugänglichkeit von Montageflächen am Werkstück kann
leicht sichergestellt werden. Die flexible Haltevorrichtung
kann über die Formelemente an jegliche Außen- oder Innenkontur
des zu bearbeitenden Werkstücks angepaßt werden. Hierdurch ist
es auch möglich, in einer Art Baukastenprinzip die zwar
einfach ausgeführten, aber unabhängig von einer spezifischen
Werkstückkontur und speziell an die Haltefunktion angepaßten
Grundkörper mittels Formelementen so zu bestücken, daß jede
Abstützsituation optimal erzeugt werden kann und ein
Halteelement ausgebildet ist, das an jede gewünschte
Oberflächenkontur eines zu haltenden Werkstücks angepaßt ist.
Ein so gebildetes Halteelement ist in besonders
wirtschaftlicher Weise einsetzbar. Die Grundkörper können
hierzu an mindestens einer der äußeren Oberflächen eine oder
mehrere Befestigungsschnittstellen aufweisen, über die die
Formelemente wieder lösbar an dem Grundkörper befestigbar
sind. Diese Schnittstellen können einfache Bohrungen zur
Aufnahme von Positionierstiften sein, oder Gewindebohrungen
zur Aufnahme von Schraubelementen, mittels welchen die
Formelemente an dem Grundkörper befestigbar sind, o.dgl. Die
Formelemente können ferner ein hierzu translatorisch oder
rotatorisch bewegbares Spannelement aufweisen, welches mittels
eines Zustellelements mit dem Werkstück zur Anlage bringbar
und dort arretierbar ist und eine kraft- und/oder
formschlüssige Verbindung Werkstück-Halteelemente gegeben ist.
Hierdurch kann an jeder außen- oder innenliegenden Kontur
durch nachträgliches Spannen des Spannelements eine
zusätzliche Abstützung des Werkstücks erreicht werden, wodurch
eine weitere Flexibilisierung der Haltevorrichtung gegeben
ist.
Eine besonders konstruktiv einfache Ausgestaltung des
Grundkörpers wird durch die Merkmale des Anspruchs 2 erreicht.
Der Grundkörper kann somit kostengünstig spanabhebend oder
spanlos aus Metall oder einem geeigneten Hartkunststoff
hergestellt werden. Durch Vorsehen des Dichtungselements um
die Ausnehmungsöffnung wird ein Luftzutritt in die Ausnehmung
bei Anlage der Kontaktfläche auf der Grundplatte effektiv
verhindert. Das Dichtungselement kann im Falle eines
Kunststoffgrundkörpers integral mit diesem ausgeführt sein
(doppelt-gespritztes Kunststoffbauteil) oder als vorzugsweise
elastomerer Dichtungsring auf der Kontaktfläche aufgeklebt
sein. Durch die Anordnung der Vakuumerzeugungsvorrichtung auf
der Außenstirnseite des Grundkörpers ist zudem sichergestellt,
daß im wesentlichen das gesamte Ausnehmungsvolumen zur
Erzeugung des Vakuums eingesetzt werden kann und eine extrem
kompakte Bauweise des Halteelements gegeben ist.
Dadurch, daß die Vakuumerzeugungsvorrichtung einen
Abdichtkörper aufweisen kann, der die Ausnehmung des
Grundkörpers in eine zur Kontaktfläche hin offene Vakuumkammer
und in eine von dieser luftdicht getrennten Bodenkammer
unterteilt, deren Volumina reziprok zueinander durch
Verschiebung des Abdichtkörpers veränderbar ist, ist eine
einfache aber effektive "Selbsterzeugung" von Vakuum bei
Anlage des Grundkörpers mit seiner Kontaktfläche auf der
Aufnahmefläche durch Volumenvergrößerung der Vakuumkammer
möglich. Die Vakuumerzeugungsvorrichtung kann ferner eine
mechanisch, pneumatisch oder manuell betätigbare
Verstellarretiereinheit besitzen, mittels welcher der
Abdichtkörper aus einer Ausgangsstellung, in der sich der
Abdichtkörper im Bereich der Ausnehmungsöffnung befindet, in
eine das Haltevakuum aufrechterhaltende Haltestellung
verschiebbar und in dieser Haltestellung, in der sich der
Abdichtkörper innerhalb der Ausnehmung befindet, festlegbar
ist. Die Haltestellung ist dann gegeben, wenn das maximale
Volumen der Vakuumkammer oder ein Vakuumkammervolumen gegeben
ist, das eine ausreichende Haftung des Halteelements auf der
Aufnahmefläche bewirkt und gleichzeitig eine sichere Fixierung
des Werkstücks mittels der Halteelemente auf der
Aufnahmefläche gewährleistet. Die Unterdruckwirkung in
Haltestellung ist somit im Rahmen der Verschiebbarkeit des
Abdichtkörpers innerhalb der Ausnehmung variabel einstellbar.
Eine mögliche mechanische Ausbildung der
Verstellarretierbarkeit sieht vor, daß diese ein senkrecht zur
Bodenwandung verschiebbares Koppelelement aufweisen kann, das
mit einem Ende am Grundkörper außenseitig angeordnet ist und
mit einem anderen Ende den Durchbruch durchragt und mit dem
Abdichtkörper verbunden ist, und daß die
Verstellarretiereinheit eine getrennt an der Bodenwandung
angebrachte oder in diese integrierte Feststelleinrichtung
besitzt, in der das Koppelelement axial verschiebbar geführt
innerhalb der Ausnehmung in vorzugsweise unterschiedlichen
Ausnehmungs-Eindringtiefen in der Haltestellung des
Abdichtkörpers festlegbar ist.
Durch Vorsehen der Merkmale des Anspruchs 7 ist eine einfache
und sehr effektive Zylinder-Kolbenanordnung zur
"Selbsterzeugung" des Vakuums durch Volumenvergrößerung der
Vakuumkammer ausgebildet, bei der zur Erzeugung der Dichtheit
zwischen Vakuumkammer und Bodenkammer keine aufwendigen
Abdichtmaßnahmen vorgenommen werden brauchen. Im einfachsten
Fall kann eine effektive Abdichtung bereits durch Vorsehen
eines O-Rings umfangsseitig der Kolbenscheibe erreicht werden.
Eine andere einfache und ebenfalls effektive
"Vakuumselbsterzeugung" durch Volumenvergrößerung kann durch
die Merkmale des Anspruchs 8 erreicht werden. Bei maximaler
Eindringtiefe des Koppelelements in der Ausnehmung befindet
sich die Vakuummembran in einem ungedehnten Zustand im Bereich
der Kontaktfläche des Halteelements; wird das Koppelelement bis
zum Anschlag der Vakuummembran an der Bodenwandung
zurückbewegt, wird die Vakuummembran gedehnt und die
Vakuumkammer weist ihren maximalen Volumeninhalt auf, wobei das
erzeugte Vakuum am stärksten ist.
Ist die Vakuummembran auf der ringförmigen Kontaktfläche
befestigt, bspw. durch Verkleben mittels eines geeigneten
Klebstoffes, kann auf ein extra vorzusehendes Dichtungselement
zwischen Kontaktfläche und Grundplatte verzichtet werden, da
die Membran diese Funktion ebenfalls erfüllt.
Mittels den Merkmalen der Ansprüche 10 oder 11 ist eine
konstruktiv einfache und leicht betätigbare Ausbildung der
Koppelelemente und der damit zusammenwirkenden
Feststelleinrichtung gegeben. Die Koppelelemente können hierbei
von Hand oder mittels eines externen Verstellantriebs wie eine
mechanische Zustelleinheit, ein pneumatisch angetriebener
Schrauber o. dgl. betätigt und ebenfalls hierdurch in der
Haltestellung unverschiebbar festgelegt werden.
Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der
nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung in Draufsicht einer
Ausführungsform der flexiblen Haltevorrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II der in
Fig. 1 gezeigten flexiblen Haltevorrichtung, in der
eine Anordnung der Halteelemente und eines damit
formschlüssig gehaltenen Werkstücks auf der Grundplatte
gezeigt wird,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Halteelement der
in Fig. 1 und 2 dargestellten
Haltevorrichtung in einer ersten
Ausführungsvariante,
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Halteelement
gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
Bei der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Erfindung
handelt es sich um eine flexible Haltevorrichtung, die ein
nahezu unbeschränktes Positionieren und Fixieren von
Werkstücken 2 auf einer Grundplatte 1 ermöglicht. Die
Grundplatte 1 kann hierbei ein handelsüblicher instationärer
Werkstückträger, wie bspw. eine Leichtmetallmontagepalette
oder dgl. sein, oder eine stationäre Einrichtung, wie bspw.
eine herkömmliche plane Arbeitstischplatte aus Stahl oder
dgl., auf welcher eine ebene Aufnahmefläche 1′ ausgebildet
ist. Zur Aufnahme, Positionierung und Fixierung des Werkstücks
2 auf der Aufnahmefläche 1′ sind Halteelemente 3 vorgesehen,
die durch Vakuum, aber ohne externe, ständig mit den
Halteelementen 3 oder der Grundplatte 1 verbundenen
pneumatischen Vakuumerzeugungsquellen auf der Grundplatte 1
gehalten sind. Durch Positionierung mehrerer Halteelemente 3
werden die kennzeichnenden Flächen herkömmlicher spanend
gefertigter oder aus Kunststoff hergestellter Formnester einer
Montagepalette nachgebildet.
Die Halteelemente 3 weisen einen hohlzylindrischen Grundkörper
4 auf, dessen eine Stirnseite durch eine integral ausgebildete
Bodenwandung 7 verschlossen ist, so daß die Mantelwandung eine
zylindrische Ausnehmung 6 umschließt, die zur anderen
Stirnseite hin über eine querschnittsgleiche
Ausnehmungsöffnung 8 offen ist. Die ringförmig ausgebildete
Stirnfläche bildet eine Kontaktfläche 5 für die Anlage mit der
Aufnahmefläche 1′. In der Ausnehmung 6 ist ein später näher
beschriebener Abdichtkörper 9 axial verschiebbar geführt
derart aufgenommen, daß zwischen Abdichtkörper 9 und
Bodenwandung 7 eine geschlossene Bodenkammer 6′′ und zwischen
Abdichtkörper 9 und der Ausnehmungsöffnung 8 eine offene
Vakuumkammer 6′ ausgebildet ist, die luftdicht voneinander
getrennt sind und ein durch Verschiebung des Abdichtkörpers 9
reziprok zueinander veränderbares Volumen aufweisen. Die
Kontaktfläche 5 weist ein geeignetes, vorzugsweise elastisches
Dichtungselement auf, um eine luftdichte Ausbildung der
Vakuumkammer 6′ bei Anlage des Grundkörpers 4 mit seiner
Kontaktfläche 5 auf der luftundurchlässigen Aufnahmefläche 1′
zu gewährleisten.
Durch einen Durchbruch 16 der Bodenwandung 7 ist ein
Koppelelement 17 einer Verstellarretiereinheit 19 mit dem
Abdichtkörper 9 so verbunden, daß dieses in seiner Lage axial
gemäß Pfeil a verschoben werden kann. Hierdurch ist eine
Volumenvergrößerung oder -verkleinerung der Vakuumkammer 6′
möglich, wodurch bei Anlage des Grundkörpers 4 auf der
Aufnahmefläche 1′ der notwendige Unterdruck (Vakuum) erzeugbar
ist, mittels dem das Halteelement 3 auf der Grundplatte 1
kraftschlüssig gehalten wird. Das Koppelelement 17 ist hierbei
in einer das Vakuum aufrechterhaltenden Haltestellung B
mittels einer Feststelleinrichtung 18 der
Verstellarretiereinheit 19 in unterschiedlichen
Ausnehmungs-Eindringtiefen festlegbar, so daß eine
unterschiedlich starke Haftung zwischen Halteelement 3 und
Grundplatte 1 bewirkbar ist.
Durch das Zusammenwirken des Abdichtkörpers 9 mit der
Ausnehmung 6, der Aufnahmefläche 1′ sowie der
Verstellarretiereinheit 19 mit dessen Feststelleinrichtung 18
für das Koppelelement 17, ist eine einfache aber wirkungsvolle
Vakuumerzeugungsvorrichtung 10 ausgebildet. Hierdurch ist eine
hohe Flexibilität bei verhältnismäßig geringem
Realisierungsaufwand der so gebildeten frei positionierbaren
Halteelemente 3 gegeben.
In Fig. 3 und 4 sind anhand zweier Ausführungsbeispiele
zwei unterschiedliche Formen einer Ausbildung der
Vakuumerzeugungsvorrichtung 10 mit Abdichtkörper 9, sowie zwei
unterschiedliche Ausbildungsformen einer
Verstellarretiereinheit 19 mit zugehörigem Koppelelement 17
und Feststelleinrichtung 18 gezeigt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der Abdichtkörper 9
durch eine elastomere Vakuummembran 20 gebildet, die bspw.
mittels eines geeigneten Zweikomponentenklebstoffs auf der
ringförmigen Kontaktfläche 5 luftdicht befestigt ist, wodurch
das Vorsehen eines zusätzlichen Dichtungselements zur
Ausbildung der mittels der Aufnahmefläche 1′ luftdicht
abschließbaren Vakuumkammer 6′ entfällt. In die Vakuummembran
20 greift ein Verbindungszapfen 21 des als Koppelbolzen 17′
ausgebildeten Koppelelements 17 ein und ist mit diesem mittels
einer Haltescheibe 22 formschlüssig und abgedichtet verbunden.
Koaxial zum Koppelbolzen 17′ und um den Durchbruch 16
angeordnet, ist die Verstellarretiereinheit 19 auf der
außenliegenden Oberfläche der Bodenwandung 7 in Form einer
Führungsbuchse 23 mit Kulissenführung 24 angeflanscht,
innerhalb welcher der Koppelbolzen 17′ axial geführt
aufgenommen liegt und in einer als Feststelleinrichtung 18
dienenden Einrasthinterschneidung 25 der Kulissenführung 24
gegen Axialverschiebung festlegbar ist. Hierzu weist das
hintere Ende des Koppelbolzens 17′ zwei radial abstehende
Führungszapfen 26 auf, die in der Kulissenführung 24 führbar
sind und mittels eines Verstellrings 27 umfangsseitig der
Führungsbuchse 23 miteinander verbunden sind. In einer
Ausgangslage A befindet sich die Vakuummembran 20 ungespannt
im Bereich der Ausnehmungsöffnung 8, wobei eine maximale
Eindringtiefe des Koppelbolzens 17′ in der Ausnehmung 6
gegeben ist. Mittels des Verstellrings 27 kann die Membran 20
in die Ausnehmung 6 hereingezogen werden, wobei das Volumen
der Vakuumkammer 6′ vergrößert wird und ein Unterdruck
zwischen Grundkörper 4 und Aufnahmefläche 1′ ein Haften des
Halteelements 3 auf der Grundplatte 1 bewirkt. Bei Anschlag
der Membran 20 an der Bodenwandung 7 und herausgezogenem
Koppelbolzen 17′ wird durch Verdrehen des Verstellrings 24
eine Arretierung der Vakuummembran 20 in gedehnter Stellung
bei maximalem Vakuumkammervolumen bewirkt. Die Führungszapfen
26 kommen hierbei in der Einrasthinterschneidung 25 zu liegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das
Koppelelement der Verstellarretiereinheit 19 in Form eines
Gewindebolzens 17′ ausgebildet, der sich in Gewindeverbindung
mit einem entsprechenden Eingriffsgegengewinde 31 des
Durchbruchs 16 befindet, welches die Feststelleinrichtung 18
bildet. Durch Rotation des Gewindebolzens 17″ kann somit
dessen Ausnehmungs-Eindringtiefe gemäß Pfeil a verändert
werden. Die Ausbildung der in Eingriff befindlichen Gewinde
ist so gewählt, daß ein selbsttätiges Veschieben des
Gewindebolzens 17′ im Eingriffsgegengewinde 31 verhindert ist.
Das obere Ende des Gewindebolzens 17′ ist so ausgeformt, daß
dessen Verstellbarkeit gewährleistet ist und weist hierzu
einen Sechskant-Schraubenkopf auf, um die Tiefenverstellung
bspw. mittels eines pneumatisch betriebenen Schraubers
vornehmen zu können. Dieses kann aber auch anders ausgebildet
sein, abhängig davon, ob eine Verstellung manuell oder
maschinell vorgenommen werden soll. Am unteren Ende des
Gewindebolzens 17′′ ist als Abdichtkörper 9 eine Kolbenscheibe
30 vorzugsweise mittels einer Schraube 32 wieder lösbar
angebracht. Die Kolbenscheibe 30 weist einen umfangsseitig
angeordneten Kolbenscheibendichtring 33 geeigneter Art auf,
wodurch die Vakuumkammer 6′ luftdicht von der Bodenkammer 6′′
getrennt ist. Die Kontaktfläche 5 weist ein ringförmig um die
Ausnehmungsöffnung 8 laufendes Dichtungselement 34 aus einem
geeigneten vorzugsweise elastomeren Material auf. Durch
Verdrehen des Gewindebolzens 17′′ wird somit die Kolbenscheibe
30 in ihrer Axiallage in der Ausnehmung 6 verändert, wodurch
bei einer Volumenvergrößerung der Vakuumkammer 6′ und Anlage
der Kontaktfläche 5 auf der Aufnahmefläche 1′ das Haltevakuum
aufbaubar ist.
Zur Entlüftung der Bodenkammer 6′′ während der
Volumenverkleinerung oder -vergrößerung bei Erzeugung des
Vakuums in der Vakuumkammer 6′ weisen die Grundkörper 4 der
Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 in der Bodenwandung 7
einen Entlüftungskanal 28 auf.
Die Grundkörper 4 weisen ferner mindestens eine
Befestigungsstelle 15 auf der Außenoberfläche des Grundkörpers
4 auf, über die Formelemente 11, 12 mit verschiedenen
geometrischen Abmessungen und Formen anbringbar sind, wie dies
in Fig. 1, 2 und 4 zu sehen ist. Diese Formelemente 11, 12
dienen dazu, das Halteelement 3 an das zu bearbeitende
Werkstück 2 anzupassen. Sie sind dabei weitestgehend an die
Form und die montagespezifischen Gegebenheiten des Werkstücks
2 angepaßt, so daß ein optimales Halten an einer beliebigen
Außenkontur oder Innenkontur, wie z. B. einer Bohrung des
Werkstücks, gewährleistet ist. Die Grundkörper 4 sind daher
werkstückunspezifisch an ihre Halte-/Befestigungsfunktion
speziell angepaßt ausgelegt, um im Baukastenprinzip durch
Anbringung der werkstückspezifischen Formelemente 11, 12 an
jede gewünschte Abstützsituation angepaßt zu werden.
Die Befestigungsstelle 15 zwischen Grundkörper 4 und
Formelement 11, 12 ist vorteilhafterweise als form- und/oder
kraftschlüssige Verbindung ausgebildet. Verschiedene
Ausgestaltungsformen sind hierbei denkbar, wobei das linke
Halteelement 3 in Fig. 2 eine besonders einfache Ausführung
zeigt. Dort sind auf der außenliegenden Oberfläche der
Bodenwandung 7 des Grundkörpers 4 vier Aufnahmestifte 15
vorgesehen, die in hierzu passende Paßbohrungen des
Formelements 11 eingreifen; hierdurch ist ein leichtes
Einsetzen oder Entnehmen des Formelements 11 bei gesicherter
Aufnahme bewerkstelligt. Andere Anbringungs- bzw.
Befestigungsarten sind möglich, wie bspw. beim rechten
Halteelement 3 aus Fig. 2 anhand der angedeuteten
Verschraubung des Formelements 12 mit dem Grundkörper 4 sowie
auch in Fig. 4 gezeigt ist. Vorzugsweise sind alle
Befestigungsstellen 15 in gleicher Art und Weise, d. h.
einheitlich, ausgeführt.
Eine weitergehende Flexibilität in Anpassung an die
auftretenden Abstützsituationen und Montagegegebenheiten wird
dadurch erreicht, daß das Formelement 12 und/oder der
Grundkörper 4 ein Spannelement 13 aufweisen kann, das mittels
eines Zustellelements 14 in seiner Lage in bezug zum
Grundkörper 4 /Formelement 12 rotatorisch oder translatorisch
veränderbar und nachträglich arretierbar ist. Beim rechten
Halteelement 3 in Fig. 2 ist eine solche Ausgestaltung
gezeigt. Dort ist das Zustellelement 14 in Form eines drehbar
gelagerten Gewindestifts ausgelegt, das in einer
entsprechenden Gewindebohrung des Formelements 12 aufgenommen
ist. Hierdurch ist eine translatorische Auf- und Abbewegung
des als Druckstempel ausgelegten Spannelements 13 gemäß Pfeil
b entlang des Halteelements 3 gegeben, so daß eine senkrecht
zur Aufnahmefläche 1′ wirkende Anpressung des Werkstücks 2
durch Aufliegen des Spannelements 13 auf einer
Werkstückoberfläche und Verspannen mittels des Zustellelements
14 erfolgt. Bei ausreichender Ansaugung und Arretierung des
Grundkörpers 4 auf der Grundplatte 1 sind die Halteelemente 3
auch als Basisteil für Formelemente einsetzbar, die als
Einspannelemente ausgelegt sind, so daß ein Einsatz der
Haltevorrichtung als Spannvorrichtung für die Bearbeitung von
Werkstücken 2 mittels spanabhebenden Verfahren ermöglicht ist.
Die Formelemente 11, 12 der Halteelemente 3 können je nach
Einsatzgebiet einer mit ihnen zu bildenden Haltevorrichtung
aus einem geeigneten Hartkunststoff oder aus Metall bestehen,
und mittels spanabhebenden Verfahren oder durch spanlose
Herstellungsverfahren geformt werden. Ferner ist die gezeigte
geometrische Form des Grundkörpers 4 nicht zwingend. Andere
Ausbildungsarten einer geeigneten Vakuumerzeugungsvorrichtung
10 oder deren Bestandteile sind ebenfalls denkbar; erwähnt sei
nur die Ausbildung einer Verstellarretiereinheit 19 unter
Zugrundelegung des Bajonett-Verschlußprinzips.
Der Einsatz einer so gebildeten flexiblen Haltevorrichtung in
einer automatischen Montagezelle kann wie folgt aussehen:
Ein Industrieroboter fährt zu einer Grundkörperpalette und entnimmt dort einen Grundkörper 4, dessen Abdichtkörper 9 sich in der Ausgangsstellung A befindet. Nach Absetzen auf einer auf der Aufnahmefläche 1′ definierten Position wird durch Verschieben des Abdichtkörpers 9 in die Haltestellung B und damit erreichter Volumenvergrößerung der Vakuumkammer 6′ ein Unterdruck (Vakuum) zwischen dem Grundkörper 4 und der Aufnahmefläche 1′ erzeugt, die eine zuverlässige Haftung gewährleistet. Die hierfür erforderliche lineare Bewegung a des Abdichtkörpers 9 kann je nach Ausbildung der Verstellarretiereinheit 19 durch eine rotatorische, translatorische oder durch eine Kombination dieser Bewegungen erfolgen (siehe Ausführungsbeispiele des Halteelements 3 gemäß Fig. 3 und 4). Dies kann, wie in Fig. 2 gezeigt, durch den ohnehin vorhandenen Industrieroboter mittels einer geeigneten Verstellvorrichtung 35 erfolgen.
Ein Industrieroboter fährt zu einer Grundkörperpalette und entnimmt dort einen Grundkörper 4, dessen Abdichtkörper 9 sich in der Ausgangsstellung A befindet. Nach Absetzen auf einer auf der Aufnahmefläche 1′ definierten Position wird durch Verschieben des Abdichtkörpers 9 in die Haltestellung B und damit erreichter Volumenvergrößerung der Vakuumkammer 6′ ein Unterdruck (Vakuum) zwischen dem Grundkörper 4 und der Aufnahmefläche 1′ erzeugt, die eine zuverlässige Haftung gewährleistet. Die hierfür erforderliche lineare Bewegung a des Abdichtkörpers 9 kann je nach Ausbildung der Verstellarretiereinheit 19 durch eine rotatorische, translatorische oder durch eine Kombination dieser Bewegungen erfolgen (siehe Ausführungsbeispiele des Halteelements 3 gemäß Fig. 3 und 4). Dies kann, wie in Fig. 2 gezeigt, durch den ohnehin vorhandenen Industrieroboter mittels einer geeigneten Verstellvorrichtung 35 erfolgen.
Nach Positionierung und Befestigung weiterer
Halteelementgrundkörper nach dem oben beschriebenen Prinzip
können, falls erforderlich, Formelemente 11, 12 vom
Industrieroboter aus einer Formelementpalette entnommen und
auf die jeweiligen Grundkörper 4 aufgesteckt werden, wodurch
die werkstückspezifischen Halteelemente 3 gebildet sind. Eine
Verbindung des Grundkörpers 4 mit einem geeigneten Formelement
11 kann auch vor der Positionierung und Befestigung der
Grundkörper 4 auf der Grundplatte 1 vorgenommen werden.
Nachdem so die kennzeichnenden Flächen des Formnests zur
Aufnahme des Werkstücks 2 gebildet worden sind, kann das
Werkstück 2 eingelegt und nach erfolgtem Montageprozeß wieder
entnommen werden; hiernach kann ein neues gleiches Teil wieder
eingelegt werden oder nach einem ggf. vorgenommenen
Formelementwechsel und/oder Neupositionierung der
Halteelemente 3 ein neues Werkstück 2 mit anderer Geometrie
und anderen Montagegegebenheiten eingesetzt und befestigt
werden. Das Werkstück 2 kann hierbei vor oder nach
Verstellung, Positionierung und Arretierung der Halteelemente
3 auf der Grundplatte 1 eingesetzt bzw. aufgesetzt werden.
Durch die Selbsterzeugung des Vakuums, ist eine freie
Positionierung der Halteelemente 3 auf der Grundplatte 1
möglich, ohne auf eine ständig benötigte externe
Vakuumerzeugungsquelle angewiesen zu sein. Durch diese
Eigenschaft kann mit den oben beschriebenen Halteelementen 3
eine Haltevorrichtung gebildet werden, die für den
instationären Einsatz geeignet ist, da keine Schnittstellen
(z. B. pneumatische Schnellkupplung) zu Vakuumerzeugungsquellen
(z. B. Vakuumpumpe) benötigt werden.
Claims (14)
1. Flexible Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren
von Werkstücken, mit einer eine ebene Aufnahmefläche (1′)
aufweisenden Grundplatte (1), auf der das Werkstück (2)
mittels mindestens einem auf der Aufnahmefläche lösbar
befestigbaren Halteelement (3) fixierbar ist, welches
beliebig positioniert unverrückbar aber lösbar
kraftschlüssig gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Halteelement (3) aus einem Grundkörper (4) und
mindestens einem damit verbindbaren
Formelement (11, 12) besteht, wobei der Grundkörper (4)
mittels einer Vakuumerzeugungsvorrichtung (10) pneumatisch
fixierbar ist und er eine mit der Aufnahmefläche (1′) in
luftdichte Anlage bringbare Kontaktfläche (5) aufweist,
die eine zur Aufnahmefläche (1′) hin offener kammerartige
Ausnehmung (6) umschließt, welche mittels eines
Abdichtkörpers (9) der Vakuumerzeugungsvorrichtung (10) in
eine der Aufnahmefläche zugekehrte offene Vakuumkammer
(6′) und eine darüber befindliche geschlossene Bodenkammer
(6″) unterteilt und mit einem Koppelelement (17) versehen
ist, das zur reziproken Volumenänderung der beiden Kammern
(6′, 6″) quer zur Aufnahmefläche (1′) verschieb- und haltbar
ist, wobei das Koppelelement (17)
mittels eines Greifers oder einer
Verstellvorrichtung eines Industrieroboters betätigbar ist.
2. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) ein einseitig
verschlossener hohlzylindrischer Körper ist, dessen
ringförmig ausgebildete Stirnseite die Kontaktfläche (5)
mit der Ausnehmungsöffnung (8) bildet, und daß die
Vakuumerzeugungsvorrichtung (10) vorzugsweise über einen
Durchbruch (16) in der eine Bodenwandung (7) bildenden
anderen Stirnseite in Wirkverbindung mit der von der
Zylindermantelwand umschlossenen Ausnehmung (6) ist.
3. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (5) ein von dieser
hervorstehendes, die Aufnahmeöffnung (8) umrandendes,
vorzugsweise elastisches Dichtungselement (34) aufweist.
4. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (17) Teil
einer Verstellarretiereinheit (19) ist, mittels welcher
der Abdichtkörper (9) aus einer Ausgangsstellung (A), in
der sich der Abdichtkörper (9) im Bereich der
Ausnehmungsöffnung (8) befindet in eine das Haltevakuum
aufrechterhaltenden Haltestellung (B) verschiebbar und in
dieser Haltestellung (B), in der sich der Abdichtkörper
(9) innerhalb der Ausnehmung (6) befindet, festlegbar ist.
5. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Haltestellung (B) beim maximalen
Volumen der Vakuumkammer (6″) oder einem
Vakuumkammervolumen gegeben ist, das eine ausreichende
Haftung des Halteelements (3) auf der Aufnahmefläche (1)
und gleichzeitig eine sichere Fixierung des Werkstücks (2)
gewährleistet.
6. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das senkrecht zur Bodenwandung (7)
verschiebbare Koppelelement (17) mit einem Ende am
Grundkörper (4) außenseitig angeordnet ist und mit einem
anderen Ende den Durchbruch (16) durchragt und mit dem
Abdichtkörper (9) verbunden ist, und daß die
Verstellarretiereinheit (19) eine getrennt an der
Bodenwandung (7) angebrachte oder in diese integrierte
Feststelleinrichtung (18) besitzt, in der das
Koppelelement (17) axial verschiebbar geführt innerhalb
der Ausnehmung (6) in vorzugsweise unterschiedlichen
Ausnehmungs-Eindringtiefen in der Haltestellung (B) des
Abdichtkörpers (9) festlegbar ist.
7. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Abdichtkörper (9) ein Kolben,
insbesondere eine Kolbenscheibe (30) vorgesehen ist, die
querschnittsentsprechend der Ausnehmung (6) in
abdichtender Anlage an der Innenmantelwandung des
Grundkörpers (4) verschiebbar geführt und mit dem
Koppelelement (17) verbunden ist.
8. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Abdichtkörper (9) eine elastische
Vakuummembran (20) vorgesehen ist, die die
Ausnehmungsöffnung (8) luftdicht verschließt, an dem
Grundkörper (4) vorzugsweise leicht vorgespannt befestigt
ist und mit dem Koppelelement (17) derart verbunden ist,
daß durch dessen Verschiebung innerhalb der Ausnehmung (6)
die Vakuummembran (20) gedehnt und dadurch eine
Vergrößerung des Vakuumkammervolumens bewirkt wird.
9. Flexible Haltevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vakuummembran (20) auf der
ringförmigen Kontaktfläche (5) befestigt, insbesondere
aufgeklebt ist.
10. Flexible Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (17) in
Form eines Gewindebolzens (17″) ausgebildet ist, mit einem
unteren Bolzenbereich, der formschlüssig mit dem
Abdichtkörper (9) verbunden oder mit diesem integral
ausgebildet ist, und daß die Feststelleinrichtung (18)
durch den mit einem entsprechenden Gegengewinde (31)
versehenen Durchbruch (16) gebildet wird, in dem der
Gewindebolzen (17″) verschraubbar und festlegbar
aufgenommen wird.
11. Flexible Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (17) in
Form eines Schaftbolzens (17′) ausgebildet ist, mit einem
unteren Bolzenbereich, der formschlüssig mit dem
Abdichtkörper (9) verbunden oder mit diesem integral
ausgebildet ist und mit einem oberen Bolzenbereich, der
einen über radial zur Bolzenachse verlaufenden
Führungszapfen (26) mit diesem verbundenen Verstellring
(27) aufweist, und daß die Verstellarretiereinheit (19)
eine Führungsbuchse (23) mit Kulissenführung (24)
aufweist, die an der äußeren Oberfläche der Bodenwandung
(7) koaxial zum Durchbruch (16) angeordnet und befestigt
ist, in der der Koppelbolzen (17′) axial geführt und
mittels den Führungszapfen (26) in einer Einrastung (25)
der Kulissenführung (24) arretierbar ist.
12. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (3)
Formelemente
(11, 12) aufweisen, die mit dem Grundkörper (4) verbindbar
sind, verschiedene geometrische Formen und Maße besitzen
und zur Anpassung der Halteelemente (3) an eine
Werkstückkontur und/oder haltesituationsspezifische
Befestigung des Werkstücks (2) auf der Grundplatte (1)
vorgesehen sind.
13. Haltevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Grundkörper (4) an mindestens einer seiner äußeren
Oberflächen eine oder mehrere Befestigungsstellen (15)
aufweist, über die die Formelemente (11, 12) wieder lösbar
am Grundkörper (4) befestigbar sind.
14. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Formelement (12) oder der
Grundkörper (4) ein hierzu translatorisch oder rotatorisch
bewegbares Spannelement (13) aufweist, welches mittels
eines Zustellelements (14) mit dem Werkstück (2) zur
Anlage bringbar und dort arretierbar ist und eine kraft-
und/oder formschlüssige Verbindung Werstück (2)/
Halteelement (3) gegeben ist.
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DE19904005514 DE4005514C2 (de) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Flexible pneumatische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904005514 DE4005514C2 (de) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Flexible pneumatische Haltevorrichtung zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken |
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DE4005514A1 DE4005514A1 (de) | 1991-08-29 |
DE4005514C2 true DE4005514C2 (de) | 1994-09-29 |
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