WO2021094592A1 - Halterungsvorrichtung, halterungsvorrichtungssystem sowie verwendung der halterungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Halterungsvorrichtung, umfassend einen Fixiermechanismus zur lösbaren Fixierung von stiftförmigen Elementen (6), wobei der Fixiermechanismus eine Vielzahl von Fixierelementen (5) und ein gleichzeitig auf zumindest eine Teilanzahl der Fixierelemente (5) wirkendes Einspannelement (4) aufweist, wobei das Einspannelement (4) derart gelagert ist, dass das Einspannelement (4) mit translatorischer Bewegung zwischen einer Schließposition, in der die beteiligten Fixierelemente (5) in eine Greifstellung gezwungen sind, und einer Freigabeposition, welche den beteiligten Fixierelemente (5) eine Öffnung erlaubt, wechseln kann, kennzeichnet sich dadurch, dass das Einspannelement (4) derart angeordnet ist, dass die translatorische Bewegung des Einspannelements (4) parallel zur Längsachse der Fixierelemente (5) erfolgt. Des Weiteren sind ein Halterungsvorrichtungssystem, umfassend die Halterungsvorrichtung (1) und zur Fixierung mittels der Fixierelemente (5) geeignete stiftförmige Elemente (6), und Verwendungen der Halterungsvorrichtung (1) für die additive Fertigung von Werkstücken und zum Einspannen von Werkstücken beansprucht.

Description

Halterungsvorrichtung, Halterungsvorrichtungssystem sowie Verwendung der Halterungsvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Halterungsvorrichtungssystem sowie Verwendungen der Halterungsvorrichtung.

Aus der WO 2019/016155 A1 ist eine Halterungsvorrichtung der bekannt, die als Substrateinheit in einem Verfahren zur additiven Fertigung eingesetzt wird. Eine Vielzahl von stiftförmigen Elementen wird mittels eines Fixiermechanismus in der Halterungsvorrichtung fixiert, wobei der Fixiermechanismus eine plattenförmige Verriegelungseinheit umfasst, welcher die stiftförmigen Elemente mittels eines formschlüssig wirkenden Eingriffes fixiert. Der formschlüssige Eingriff erfolgt für alle stiftförmigen Elemente innerhalb derselben Ebene. Zudem sind für einen formschlüssigen Eingriff entsprechende Eingriffsmöglichkeiten an den stiftförmigen Elementen vorzusehen.

Die EP 0857544 B1 offenbart eine Halterungsvorrichtung, bei der die Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten stiftförmigen Elementen, dort Spannstifte genannt, seitlich aneinander anliegen und in ihrer Haupterstreckungsrichtung einzeln verschiebbar sind. Die stiftförmigen Elemente sind in einem Rahmen angeordnet und werden zur Fixierung über eine eine Fixierkraft übertragende verschiebbare Wand gegeneinander und gegen den umgreifenden Rahmen gedrückt.

Die DE 102012224280 A1 offenbart eine Spannvorrichtung, die ein Werkstück mithilfe einer Saugeinrichtung einspannt. Die Saugeinrichtung wird dabei von einer Abstützvorrichtung gestützt, welche mehrere Positionierstifte aufweist Die Positionierstifte durchlaufen ein Gehäuse und sind jeweils von einer Klemmhülse umgeben, die einen konusförmigen äußeren Umfang aufweist und zur Fixierung der Positionierstifte dienen. In einem Gehäuse ist ein Kolben luftdruckgetrieben, der als Einspannelement betrachtet werden kann und mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt beim Absenken auf jede der Klemmhülsen wirkt und damit die jeweilige Klemmhülse mitsamt dem zugehörigen Positionierstift radial nach außen drückt, wodurch eine kraftschlüssige Klemmung der stiftförmigen Elemente an der Gehäusewand erreicht wird. Der Kolben wirkt somit nur mittelbar über die Klemmhülsen auf die Positionierstifte. Dabei fixiert die Klemmhülse nicht selbst das stiftförmige Element, sondern sorgt lediglich für eine radiale Verschiebung des stiftförmigen Elements nach außen. Den Klemmhülsen werden somit durch die Bewegung des Kolbens nicht geöffnet oder geschlossen, sondern verschoben.

Die DE 102007020898 A1 offenbart eine Halterungsvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der wie im zuletzt genannten Stand der Technik ebenfalls ein Werkstück durch Unterdrück gehalten werden soll, wobei an Stößeln angeordnete Saugnäpfe das Werkstück fixieren. Die stiftförmigen Stößel werden, wenn sie sich in der gewünschten Position befinden, durch Klemmelemente fixiert. In einem der Ausführungsbeispiele werden die Stößel durch die Klemmelemente fixiert, die halbkreisförmige, die Stößel umfangende Aussparungen aufweisen. Die Klemmelemente werden über eine senkrecht zur Längsachse der Stößel wirkende translatorisch wirkende Kraft in eine Schließposition gebracht. Mit einem in der Beschreibung nicht ausdrücklich genannten, aber zeichnerisch dargestellten Element wird die Kraft zum Schließen der Klemmelemente aufgebracht.

Aus der DE 102017 119 193 A1 ist eine Spannvorrichtung für Werkstücke bekannt, welche ein sich an Werkstückkonturen anpassendes Konturstück aufweist. Das Konturstück weist dicht gepackte stiftförmige Elemente auf, die sich mit ihren Spitzen an ein Werkstück anlegen und dann fixiert werden. Zur Fixierung wird ein Einspannelement in Form einer Aufnahmehülse parallel zur Ausrichtung der Stifte und relativ zu einem umgebenden Gehäuse verschoben. Durch eine Keilform im Bereich des Kontaktes zwischen Aufnahmehülse und Gehäuse wird die Aufnahmehülse nach innen unmittelbar auf die Stifte gedrückt, die damit gegeneinander geklemmt werden. Zusätzliche Fixierelemente sind somit nicht vorhanden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Halterungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem alternativen Aufbau zur Verfügung zu stellen, die auch bei einfach aufgebauten stiftförmigen Elementen eine zuverlässige Fixierung und vorzugsweise eine Anpassung der Position, in der die stiftförmigen Elemente in ihrer axialen Richtung fixiert werden, erlaubt. Des Weiteren sollen ein Halterungsvorrichtungssystem sowie Verwendungen der Halterungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.

Das technische Problem wird bei einer Halterungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, beim Halterungsvorrichtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst und hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.

Demnach wird bei einer Halterungsvorrichtung, umfassend einen Fixiermechanismus zur lösbaren Fixierung von stiftförmigen Elementen, wobei der Fixiermechanismus eine Vielzahl von Fixierelementen und ein gleichzeitig auf zumindest eine Teilanzahl der Fixierelemente wirkendes Einspannelement aufweist. Dabei sind die Fixierelemente mit ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet und ist das Einspannelement derart gelagert, dass das Einspannelement mit translatorischer Bewegung zwischen einer Schließposition, in der die beteiligten Fixierelemente in eine Greifstellung gezwungen sind, und einer Freigabeposition, welche den beteiligten Fixierelemente eine Öffnung erlaubt, wechseln kann, vorgeschlagen, dass das Einspannelement derart angeordnet ist, dass die translatorische Bewegung des Einspannelements parallel zur Längsrichtung der Fixierelemente erfolgt.

Die Einwirkung des Einspannelements auf ein Fixierelement erfolgt bei Einnahme der Schließposition durch eine unmittelbare oder mittelbare Kraftwirkung des Einspannelements, z.B. mit einem das Fixierelement umschließenden Wandbereich eines Durchbruchs im Einspannelement, auf das Fixierelement, z.B. auf den äußeren Umfang des Fixierelements. Wird das Einspannelement in die Freigabeposition gebracht, wird eine Öffnungsbewegung des Fixierelements erreicht, z.B. aufgrund einer Eigenelastizität des Fixierelements oder durch eine mit der Bewegung des Einspannelements bewirkte aktive Krafteinwirkung. Dadurch, dass die Fixierelemente mit ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, und die Translationsbewegung des Einspannelements parallel zu den Längsachsen der Fixierelemente erfolgt, ist eine besonders effektive und einfach zu handhabende Fixierung von zahlreichen, voneinander beabstandeten stiftförmigen Elementen möglich. Hierfür kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Einspannelement plattenförmig ausgebildet ist.

Zur Fixierung werden die stiftförmigen Elemente manuell oder automatisiert jeweils in eine der Fixierelemente eingeführt. Mittels der Fixierelemente, welche vorzugsweise Spannzangen oder sonstige klemmend wirkenden Elemente, wie z. B. Keilspanner oder Dreibackenspannfutter, sein können, kann die Fixierung der stiftförmigen Elemente kraftschlüssig erfolgen, sodass die stiftförmigen Elemente nicht mehr für einen Formschluss hergerichtet sein müssen. Somit sind Normbauteile als stiftförmige Elemente verwendbar, wodurch besondere Herstellkosten hierfür vermieden werden können. Zudem erlaubt ein Kraftschluss eine Korrektur der Position des jeweiligen stiftförmigen Elements in seiner axialen Richtung innerhalb des Fixierelements. Da gleichzeitig mehrere in jeweils einem Fixierelement steckende stiftförmige Elemente gleichzeitig fixiert werden sollen, ist es vorteilhaft, die Fixierelemente so auszulegen, dass Toleranzabweichungen der stiftförmigen Elemente über eine Übermaßpassung kompensiert werden.

Eine kraftschlüssige Fixierung der stiftförmigen Elemente kann - je nach Verwendung der Halterungsvorrichtung - weitere Vorteile mit sich bringen. Die Stärke des Kraftschlusses kann so eingestellt werden, dass das jeweilige stiftförmige Element zum einen zwar für den Einsatzzweck zuverlässig fixiert ist gleichzeitig aber bei Überschreiten einer Grenzkraft eine Verschiebung des stiftförmigen Elements in dem zugehörigen Fixierelement möglich ist. Dies kann zum Beispiel dann vorteilhaft sein, wenn ein über die stiftförmigen Elemente von der Halterungsvorrichtung gehaltener Körper einer Verformung, beispielsweise aufgrund thermisch bedingter Eigenspannungen, unterliegt. Die stiftförmigen Elemente können der Verformung oder einem Verzug folgen, sodass der in der Halterungsvorrichtung gehaltene Körper die Eigenspannungen abbauen kann. Der von den Eigenspannungen befreite Körper, zum Beispiel ein additiv gefertigtes Werkstück, kann anschließend weiterbearbeitet werden, zum Beispiel zur Korrektur von durch den Verzug bedingten Ungenauigkeiten in der Geometrie des Körpers.

Alternativ oder zusätzlich zur vorbeschriebenen Maßnahme der bewussten Einstellung einer Kraftschluss-Stärke kann es bei Verwendung der Halterungsvorrichtung vorgesehen werden, zum Abbau von Eigenspannungen des von der Halterungsvorrichtung gehaltenen Körpers die Fixierelemente mittels des Einspannelements zu öffnen und damit die stiftförmigen Elemente zu lösen und letztere anschließend wieder zu fixieren, sodass an dem von der Halterungsvorrichtung gehaltenen und von Eigenspannungen zumindest weitgehend befreiten Körper weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass die Fixierelemente parallel zu ihrer Längsrichtung verstellbar fixiert sind. Auf diese Weise ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Anpassung der Position der stiftförmigen Elemente in ihrer axialen Richtung. Eine Anpassung der Position der stiftförmigen Elemente in ihrer axialen Richtung kann zum Beispiel in Reaktion auf Fertigungstoleranzen in der Länge der stiftförmigen Elemente erfolgen. Es kann aber auch sein, dass aufgrund der Struktur des Fixierungsmechanismus dieser an unterschiedlichen axialen Positionen auf das jeweilige Fixierelement einwirkt, insbesondere bei einer hohen Anzahl von stiftförmigen Elementen. Wird zum Beispiel der mechanische Eingriff auf die Fixierelemente mittels eines plattenförmigen Einspannelements bewirkt, kann dieses je nach Ausdehnung in bestimmten Bereichen, die von Auflagepunkten des Einspannelements beabstandet sind, aufgrund seines Gewichts durchhängen. Wird diesbezüglich die Position der Fixierelemente parallel zu ihrer axialen Längsrichtung angepasst, kann die Stelle der Einwirkung des Einspannelements und damit die vom Einspannelement auf das jeweilige Fixierelement wirkende Kraft angepasst werden, so dass das Einspannelement auf alle beteiligten Fixierelemente mit weitgehend gleicher Kraft einwirkt.

Die Fixierung der Fixierelemente innerhalb der Halterungsvorrichtung kann zum Beispiel mittels eines an den jeweiligen Fixierelementen angebrachten Gewindes und eines Gegengewindes in einem Basiselement der Halterungsvorrichtung erfolgen, sodass die Position der Fixierelemente in ihrer längsaxialen Richtung durch das Maß des Eindrehens des Fixierelements in das Gegengewinde bestimmt wird.

Die erfindungsgemäße Flalterungsvorrichtung kann mindestens ein federelastisches Element aufweisen, welches für die Translationsbewegung mit einer federelastischen Kraft auf das Einspannelement wirkt. Die federelastische Kraft kann zum Beispiel die Translationsbewegung in die Schließposition hinein unterstützen, während sie der Translationsbewegung in die Freigabeposition entgegen gerichtet ist.

Die erfindungsgemäße Flalterungsvorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass das Einspannelement für seine Bewegung zwischen Schließposition und Freigabeposition motorisch betrieben ist. Alternativ kann eine manuelle Bedienung vorgesehen sein.

Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Flalterungsvorrichtung so auszubilden, dass eine Aufspanneinrichtung vorgesehen ist, welche zur Aufspannung der Flalterungsvorrichtung in eine nicht zur Flalterungsvorrichtung gehörende Spanneinheit eingerichtet ist. Flierdurch kann die Flalterungsvorrichtung zur Einspannung in ein konventionelles Spannsystem für eine automatisierte Spannlösung in einer Prozesskette eingerichtet sein. Im Falle des Einsatzes der Flalterungsvorrichtung für die additive Fertigung kann die Flalterungsvorrichtung mit einem darauf befindlichen, additiv gefertigten Werkstück über die Spanneinheit weiteren Prozessschritten in der Prozesskette zugeführt werden.

Ein erfindungsgemäßes Halterungsvorrichtungssystem umfasst eine erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung und zur Fixierung mittels der Fixierelemente geeignete stiftförmige Elemente.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Halterungsvorrichtungssystem so ausgebildet ist, dass die Halterungsvorrichtung eine für eine additive Fertigung geeignete Auftragsoberfläche mit Durchbrechungen für die stiftförmigen Elemente aufweist. Dabei ist die Auftragsoberfläche durch ein Auftragsoberflächenmaterial gebildet, welches mit einem Ausgangswerkstoff für die additive Fertigung unter den Fertigungsbedingungen keine stoffschlüssige Verbindung eingeht, wobei mindestens eines der stiftförmigen Elemente jeweils ein Verbindungselement bildet oder Teil eines Verbindungselements ist und wobei zumindest eine Prozessoberfläche des mindestens einen Verbindungselements zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem für die additive Fertigung vorgesehenen Ausgangswerkstoff geeignet ist. Wird ein Verbindungselement durch ein stiftförmiges Element gebildet, erfolgt also die additive Fertigung auf eine Oberfläche des stiftförmigen Elements selbst. Es kann aber auch sein, dass das stiftförmige Element lediglich als Teil des Verbindungselements zu dessen Fixierung in der Flalterungsvorrichtung dient und das Verbindungselement ansonsten von einer Stiftform abweicht.

Die Auftragsoberfläche kann beispielsweise aus einer Keramik bestehen, während das mindestens eine Verbindungselement z.B. aus demselben Material bestehen kann wie das zu fertigende Formteil oder aber zumindest eine für die gewünschte stoffschlüssige Verbindung geeignete Oberfläche aufweist. Das mindestens eine Verbindungselement kann zumindest bereichsweise auch aus einem im Vergleich zum Ausgangswerkstoff preisgünstigeren Material bestehen. So kann z.B. für das mindestens eine Verbindungselement Stahl verwendet werden, während der Ausgangswerkstoff eine Nickelbasislegierung ist. Die Auftragsoberfläche kann durch eine Beschichtung auf einem Substratelement der Flalterungsvorrichtung oder durch ein Vollmaterial des Substratelements gebildet sein.

Eine additive Fertigung der vorbeschriebenen Art ist unter Verwendung einer Flalterungsvorrichtung mit anderem Fixierungsmechanismus für die stiftförmigen Elemente aus der WO 2019/016155 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt im vollen Umfang einbezogen wird.

Der Fixiermechanismus des erfindungsgemäßen Flalterungsvorrichtungssystems kann so eingerichtet sein, dass zumindest eine der Prozessoberflächen bündig oder im Wesentlichen bündig mit der Auftragsoberfläche ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Verbindungselement aus einem der stiftförmigen Elemente selbst gebildet ist

Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung der Flalterungsvorrichtung zur Flalterung eines Werkstückes für einen Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess wird das Werkstück mittels zum Werkstück gehörender oder am Werkstück fixierter stiftförmiger Elemente an zumindest einer Teilanzahl der Fixierelemente fixiert.

Das Werkstück kann beispielsweise spanabhebend bearbeitet werden.

Besonders vorteilhaft kann die Verwendung für ein Verfahren zur additiven Fertigung vorgesehen werden. Dabei wird auf eine Auftragsoberfläche der Flalterungsvorrichtung ein Ausgangswerkstoff aufgebracht und zumindest ein Teil des Ausgangswerkstoffes zu einem Werkstück verfestigt. Dabei wird für die Auftragsoberfläche ein Auftragsoberflächenmaterial eingesetzt wird, welches mit dem Ausgangswerkstoff während der Verfestigung des Werkstücks keine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Das Werkstück findet auf der Flalterungsvorrichtung halt, weil während der Verfestigung des Ausgangswerkstoffes zum Werkstück eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Werkstück und mindestens einem Verbindungselement erzeugt wird. Dabei ist das mindestens eine Verbindungselement durch ein in einer der Fixierelemente fixiertes stiftförmiges Element gebildet oder weist mindestens ein derartig fixiertes stiftförmiges Element auf.

Der Begriff Werkstück schließt einen zu bearbeitenden Körper ein, der noch nicht fertig ausgebildet ist, insbesondere auch einen Formkörper, der durch Materialauftrag, insbesondere additiv, gefertigt wird.

Nach der additiven Fertigung oder gegebenenfalls erst nach Durchlaufen weiterer Prozessschritte wird das Werkstück von der Flalterungsvorrichtung gelöst. Dies erfolgt auf einfache Weise, indem das Einspannelement in die Freigabeposition gebracht wird und damit die Fixierelemente sich öffnen. Das Werkstück kann anschließend mitsamt den stiftförmigen Elementen aus der Flalterungsvorrichtung entnommen werden.

Die stiftförmigen Elemente können in einerweiteren Flalterungsvorrichtung oder einem Spannsystem für weitere Prozessschritte eingesetzt oder vom Werkstück abgetrennt werden. Die Halterungsvorrichtung kann nach Entfernen des Werkstücks erforderlichenfalls mit weiteren stiftförmigen Elementen bestückt und für eine weitere Verwendung eingesetzt werden. Die Halterungsvorrichtung unterliegt aufgrund des fehlenden Stoffschlusses zwischen Ausgangsmaterial des Werkstücks und Auftragsoberfläche nahezu keinem Verschleiß.

Auf der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung können gleichzeitig oder zeitlich nacheinander mehrere Werkstücke additiv gefertigt werden.

Die erfindungsgemäße Verwendung kann auch vorsehen, dass für die Fixierung der stiftförmigen Elemente eine Fixierkraft gewählt wird, welche eine Bewegung der mit dem Werkstück stoffschlüssig verbundenen oder am Werkstück fixierten stiftförmigen Elemente relativ zum fixierenden Fixierelement infolge einer durch Eigenspannung bedingten Verformung des Werkstücks erlaubt. Auf diese Weise kann das betroffene stiftförmige Element der Verformung des Werkstücks, zum Beispiel einem Vorzug aufgrund einer thermisch bedingten Eigenspannung, folgen, wodurch die Eigenspannung abgebaut werden kann. Eine durch die Verformung bedingte ungewünschte Geometrie des Werkstücks kann durch anschließende Bearbeitungsprozesse, zum Beispiel spanabhebende Prozesse oder Material auftragende Prozesse, wie zum Beispiel einem weiteren additiven Fertigungsschritt, korrigiert werden.

Die erfindungsgemäße Verwendung kann aber auch vorsehen, dass nach Abschluss zumindest eines Teilschrittes der additiven Fertigung das Einspannelement in die Freigabeposition und anschließend wieder in die Schließposition gebracht wird und hiernach die additive Fertigung fortgeführt oder das Werkstück einer anderweitigen Bearbeitung zugeführt wird. Mit dem Einspannelement in der Freigabeposition öffnen sich die Fixierelemente und geben die darin zuvor fixierten stiftförmigen Elemente frei, sodass möglicherweise vorliegende Eigenspannungen des Werkstücks abgebaut werden können. Die zeitweise Freigabe der stiftförmigen Elemente kann durchaus mehrfach für den Abbau der Eigenspannungen erfolgen. Des Weiteren kann erfindungsgemäß die Halterungsvorrichtung zum Spannen eines Werkstückes verwendet werden, wobei das Werkstück kraftschlüssig und/oder formschlüssig von in zumindest einer Teilanzahl der Fixierelemente fixierten stiftförmigen Elementen gehalten wird. Hierfür wird das Werkstück gegen die noch nicht fixierten, aus der Halterungsvorrichtung vorstehenden stiftförmigen Elemente gedrückt. Die zur Anlage an das Werkstück kommenden stiftförmigen Elemente werden dabei in Abhängigkeit von der Kontur des Werkstückes ein bestimmtes Stück weit in die zugehörigen Fixierelemente gedrückt. Anschließend wird das Einspannelement in die Schließposition gebracht, so dass die stiftförmigen Elemente an der Halterungsvorrichtung fixiert sind und zumindest in einer Teilanzahl gleichzeitig am Werkstück anliegen. Hierdurch können insbesondere ungleichmäßig geformte Körper eingespannt werden. Die erfindungsgemäße Verwendung bedeutet eine Weiterbildung des aus der EP 0857544 B1 bekannten Standes der Technik mit einer geänderten Art und Weise der Fixierung der stiftförmigen Elemente.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird das Werkstück zwischen mindestens zwei Halterungsvorrichtungen eingespannt, so dass durch ein Einwirken aus z.B. zwei, idealerweise einander entgegengesetzten, Richtungen das Werkstück zuverlässig für eine Bearbeitung eingespannt werden kann.

Beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung, des erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtungssystems sowie einer erfindungsgemäßen Verwendung der Halterungsvorrichtung werden im Folgen anhand von Figuren dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1: eine Halterungsvorrichtung mit Einspannplatte,

Fig. 2: die Halterungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ohne Einspannplatte,

Fig. 3: ein Ausschnitt der Einspannplatte mit vier Spannzangen und einem stiftförmigen Element und Fig. 4: die Halterungsvorrichtung mit Einspannplatte gemäß Fig. 1 sowie einer Substratplatte im Querschnitt.

In schräger Aufsicht zeigt Fig. 1 eine Halterungsvorrichtung 1 mit einer unteren Basisplatte 2, einer oberen Basisplatte 3 und einer Einspannplatte 4. Anstelle der unteren Basisplatte 2 und der oberen Basisplatte 3 kann auch eine einzige Basisplatte vorgesehen werden. Fig. 2 zeigt die Halterungsvorrichtung 1 ohne Einspannplatte 4. In der oberen Basisplatte 3 sind eine Vielzahl von als beispielhafte Fixierelemente dienende Spannzangen 5 fixiert, von denen in Fig. 1 lediglich die oberen Stirnflächen zu sehen sind, die vorzugsweise mit der oberen Oberfläche der Einspannplatte 4 bündig sind. Die Einspannplatte 4 dient als Einspannelement im Sinne der Ansprüche zum Spannen der Spannzangen 5. Die Spannzangen 5 sind durch geeignete Durchbrüche durch die Einspannplatte 4 hindurch geführt, wobei die Durchbrüche so dimensioniert sind, dass durch eine Bewegung der Einspannplatte parallel zur Längsachse der Spannzangen 5 und von der oberen Basisplatte 3 weg die Spannzangen 5 mit Krafteinwirkung der Wände der Durchbrüche auf den äußeren Umfang der Spannzangen 5 in eine geschlossene Stellung oder Greifstellung gezwungen werden, während die Spannzangen durch ihre Eigenelastizität geöffnet werden, wenn die Einspannplatte 4 in Richtung auf die obere Basisplatte 3 in eine Freigabeposition gebracht wird.

Fig. 3 zeigt in einem stark vergrößerten Ausschnitt die obere Oberfläche der Einspannplatte 4 mit vier Spannzangen 5, von denen eine mit einem stiftförmigen Element 6 bestückt ist. In den Fig. 1 und 2 ist ebenfalls lediglich ein stiftförmiges Element 6 dargestellt. Bei typischen, weiter unten dargestellten Verwendungen der Halterungsvorrichtung 1 sind sämtliche oder viele der Spannzangen 5 mit stiftförmigen Elementen 6 bestückt.

Fig. 4 zeigt die Halterungsvorrichtung 1 im Querschnitt, wobei oberhalb der Einspannplatte 4 eine Substratplatte 7 angeordnet ist, die typischerweise im Zusammenhang mit der additiven Fertigung verwendet wird. Die Substratplatte 7 weist zahlreiche Durchbrüche 8 auf, die für die in Fig. 4 nicht dargestellten stiftförmigen Elemente 6 vorgesehen sind.

Wie in Fig. 4 sichtbar ist, ist die Einspannplatte 4 mit federelastischen Elementen 9, zum Beispiel Tellerfedern, auf der oberen Basisplatte 3 gelagert. Bedienungsknöpfe 10 wirken auf die Einspannplatte 4 und sind über vertikale Ausbuchtungen 11 der oberen Basisplatte 3 für eine in Fig. 4 vertikale Bewegung geführt.

Für eine Verwendung der Flalterungsvorrichtung 1 sollen in den Spannzangen 5 stiftförmige Elemente 6 fixiert werden. Hierfür wird die Einspannplatte 4 über die Bedienungsknöpfe 10 in Richtung auf die obere Basisplatte 3 gedrückt, sodass sich die Einspannplatte 4 in einer Freigabeposition befindet, welche den in den Durchbrüchen 8 angeordneten Spannzangen 5 ein Öffnen erlaubt. In die geöffneten Spannzangen 5, oder - je nach Bedarf - in eine Teilanzahl der geöffneten Spannzangen 5 wird jeweils ein stiftförmiges Element 6 eingesteckt. Nach Freigabe der Bedienungsknöpfe 10 wird die Einspannplatte 4 mittels der federelastischen Elemente 9 in eine obere Position, die Schließposition, gebracht, in der die Spannzangen 5 in eine Greifstellung gezwungen sind. Die eingesteckten stiftförmigen Elemente 6 sind damit fixiert.

Die Spannzangen 5 sind in der oberen Basisplatte 3 derart fixiert, dass ihre Position in Richtung ihrer Längsachse veränderbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Fixierung der Spannzangen 5 mittels jeweils eines Gewindes 12. Auf diese Weise kann auf Fertigungstoleranzen im Außenradius der Spannzangen 5 oder im Innenradius der Durchbrüche in der Einspannplatte 4 reagiert werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, die Position der Spannzangen 5 in Richtung ihrer Längsachse an eventuelle Abweichungen der oberen, d. h. den Basisplatten 2 oder 3 abgewandten, Oberfläche der Einspannplatte 4 von einer Ebene anzupassen. Neben Fertigungstoleranzen können derartige Abweichungen durch die auf die Einspannplatte 4 wirkende Gravitationskraft bedingt sein, d.h. die Einspannplatte 4 hängt durch. Mit der Anpassung der Position der Spannzangen 5 kann gewährleistet werden, dass die Einspannplatte 4 in der Schließposition jede der Spannzangen 5 derart in die Greifstellung zwingt, dass die stiftförmigen Elemente 6 zuverlässig fixiert sind. Für eine Verwendung der Halterungsvorrichtung 1 für die additive Fertigung ist oberhalb der Einspannplatte 4 die Substratplatte 7 vorgesehen. Die Substratplatte 7 weist eine Auftragsoberfläche 13 auf, deren Oberflächenmaterial so gewählt ist, dass es mit einem hier nicht dargestellten Ausgangswerkstoff, mittels dessen ein Werkstück additiv hergestellt werden soll, beim Herstellungsprozess keine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Bei der additiven Fertigung erfolgt ein schichtweiser Aufbau des Werkstücks computergesteuert aus dem flüssigen oder festen Ausgangswerkstoff unter Einsatz physikalischer oder chemischer Härtungs- oder Schmelzprozesse. Hierfür kann zum Beispiel ein Energiestrahl, vorzugsweise ein Laserstrahl, eingesetzt werden.

Damit das sich während der additiven Fertigung bildende Werkstück von der Halterungsvorrichtung 1 gehalten werden kann, weisen die stiftförmigen Elemente 6 zumindest an einer Prozessoberfläche 14 (siehe Fig. 3) ein Oberflächenmaterial auf, welches beim Prozess der additiven Fertigung eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Ausgangswerkstoff eingeht. Die stiftförmigen Elemente 6 können hierfür insgesamt aus einem für die stoffschlüssige Verbindung geeigneten Material hergestellt sein. Das sich bildende Werkstück wird also somit über die in den Spannzangen 5 fixierten stiftförmigen Elemente 6 von der Halterungsvorrichtung 1 gehalten. Die stiftförmigen Elemente 6 bilden in diesem Fall jeweils ein Verbindungselement im Sinne der Ansprüche für das herzustellende Werkstück. Alternativ kann ein stiftförmiges Element 6 oder können mehrere stiftförmige Elemente 6 Teil(e) eines die Prozessoberfläche 14 aufweisenden Verbindungselements sein, welches dann oberhalb der Substratplatte 7 angeordnet ist.

Bilden die stiftförmigen Elemente 6 die Verbindungselemente, werden diese vorzugsweise derart in den Durchbrüchen 8 platziert, dass ihre Prozessoberfläche 14 bündig mit der Auftragsoberfläche 13 der Substratplatte 7 ist. Nachdem das Werkstück gefertigt ist, kann es auf einfache Weise zusammen mit den mit ihm stoffschlüssig verbundenen stiftförmigen Elementen 6 von der Halterungsvorrichtung 1 gelöst werden, indem die Einspannplatte 4 mittels der Bedienungsknöpfe 10 in die Freigabeposition gebracht wird. Die stiftförmigen Elemente 6 können verwendet werden, um das Werkstück zu weiteren Prozessschritten in einer anderweitigen Spannarmatur einzuspannen. Soweit die stiftförmigen Elemente 6 nicht mehr benötigt werden, können sie auf herkömmliche Weise vom Werkstück abgetrennt werden, zum Beispiel durch einen Sägeprozess oder mittels Funkenerosion. Das an der Halterungsvorrichtung 1 gefertigte Werkstück kann aber auch mit der Halterungsvorrichtung 1 gemeinsam weiteren Prozessschritten zugeführt werden. Hierfür kann an der Halterungsvorrichtung eine fakultative Aufspanneinrichtung 15 vorgesehen werden.

Die Substratplatte unterliegt keinem in einem Stoffschluss mit dem Ausgangswerkstoff bedingten Verschleiß und kann wiederverwendet werden. Für ein und dieselbe Halterungsvorrichtung 1 können unterschiedliche Substratplatten 7 eingesetzt werden. Für den jeweiligen Produktionsprozess nicht benötigte Spannzangen 5 können von der Substratplatte 7 abgedeckt werden, sodass möglichst kein Ausgangswerkstoff in die Halterungsvorrichtung 1 hineingelangt.

Halterungsvorrichtung Untere Basisplatte Obere Basisplatte Spannplatte Spannzange Stiftförmiges Element Substratplatte Durchbruch

Federelastisches Element Bedienungsknopf Ausbuchtung Gewinde

Auftragsoberfläche

Prozessoberfläche

Aufspanneinrichtung

Claims

Halterungsvorrichtung, Halterungsvorrichtungssystem sowie Verwendung der Halterungsvorrichtung Patentansprüche

1. Halterungsvorrichtung, umfassend einen Fixiermechanismus zur lösbaren Fixierung von stiftförmigen Elementen (6), wobei der Fixiermechanismus eine Vielzahl von Fixierelementen (5) und ein gleichzeitig auf zumindest eine Teilanzahl der Fixierelemente (5) wirkendes Einspannelement (4) aufweist, wobei die Fixierelemente (5) mit ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind und das Einspannelement (4) derart gelagert ist, dass das Einspannelement (4) mit translatorischer Bewegung zwischen einer Schließposition, in der die beteiligten Fixierelemente (5) in eine Greifstellung gezwungen sind, und einer Freigabeposition, welche den beteiligten Fixierelemente (5) eine Öffnung erlaubt, wechseln kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (4) derart angeordnet ist, dass die translatorische Bewegung des Einspannelements (4) parallel zur Längsachse der Fixierelemente (5) erfolgt.

2. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilanzahl der Fixierelemente (5) zur kraftschlüssigen Fixierung von stiftförmigen Elementen (6) ausgebildet ist.

3. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilanzahl der Fixierelemente (5) Spannzangen sind.

4. Halterungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (5) parallel zu ihrer Längsrichtung verstellbar fixiert sind.

5. Halterungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (4) plattenförmig ist.

6. Halterungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine parallel oder antiparallel zur Translationsbewegung auf das Einspannelement (4) wirkende federelastische Kraft.

7. Halterungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (4) für seine Bewegung zwischen Schließposition und Freigabeposition motorisch betrieben ist.

8. Halterungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zur Aufspannung der Halterungsvorrichtung (1) an eine nicht zur Halterungsvorrichtung (1) gehörende Spanneinheit eingerichtete Aufspanneinrichtung (15).

9. Halterungsvorrichtungssystem aus einer gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildeten Halterungsvorrichtung (1) und zur Fixierung mittels der Fixierelemente (5) geeigneten stiftförmigen Elementen (6).

10. Halterungsvorrichtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsvorrichtung (1) eine für eine additive Fertigung geeignete Auftragsoberfläche (13) mit Durchbrechungen für die stiftförmigen Elemente aufweist und die Auftragsoberfläche (13) durch ein Auftragsoberflächenmaterial gebildet ist, welches mit einem Ausgangswerkstoff für die additive Fertigung unter den Bedingungen der additiven Fertigung keine stoffschlüssige Verbindung eingeht, wobei mindestens eines der stiftförmigen Elemente (6) jeweils ein Verbindungselement bildet oder Teil eines Verbindungselements ist und wobei zumindest eine Prozessoberfläche (14) des mindestens einen Verbindungselements zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem für die additive Fertigung vorgesehenen Ausgangswerkstoff geeignet ist.

11. Halterungsvorrichtungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixiermechanismus derart eingerichtet ist, dass zumindest eine der Prozessoberflächen (14) bündig oder im Wesentlichen bündig mit der Auftragsoberfläche (13) ist.

12. Verwendung der Halterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Halterung eines Werkstückes für einen Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess, wobei das Werkstück stiftförmige Elemente (6) zur Fixierung in mindestens einer Teilanzahl der Fixierelemente (5) aufweist oder an solchen stiftförmigen Elementen (6) fixiert ist.

13. Verwendung nach Anspruch 12 für ein Verfahren zur additiven Fertigung des Werkstückes, bei dem a) auf eine Auftragsoberfläche (13) der Halterungsvorrichtung (1 ) ein Ausgangswerkstoff aufgebracht wird, b) zumindest ein Teil des Ausgangswerkstoffes zu dem Werkstück verfestigt wird und c) das Werkstück von der Halterungsvorrichtung (1 ) gelöst wird, wobei d) für die Auftragsoberfläche (13) ein Auftragsoberflächenmaterial eingesetzt wird, welches mit dem Ausgangswerkstoff während des Verfahrensschritts b) keine stoffschlüssige Verbindung eingeht, e) in zumindest einer Teilanzahl der Fixierelemente (5) stiftförmige Elemente (6) fixiert werden, wobei mindestens eines der stiftförmigen Elemente (6) jeweils ein Verbindungselement bildet oder Teil eines Verbindungselements ist und zumindest eine Prozessoberfläche (14) des mindestens einen Verbindungselements zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem für die additive Fertigung vorgesehenen Ausgangswerkstoff geeignet ist e) während des Verfahrensschritts nach Merkmal b) eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Prozessfläche (14) und dem zu bildenden Werkstück erzeugt wird.

14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13 mit Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fixierung der stiftförmigen Elemente (6) eine Fixierkraft gewählt wird, welche eine Bewegung der mit dem Werkstück stoffschlüssig verbundenen oder am Werkstück fixierten stiftförmigen Elemente (6) relativ zum jeweils fixierenden Fixierelement (5) infolge einer durch Eigenspannung bedingten Verformung des Werkstücks erlaubt.

15. Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss zumindest eines Teilschrittes der additiven Fertigung das Einspannelement (4) in die Freigabeposition und anschließend wieder in die Schließposition gebracht wird und hiernach der Fertigungs- oder Bearbeitungsprozess fortgeführt oder das Werkstück einer anderweitigen Bearbeitung zugeführt wird.

16. Verwendung der Flalterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Spannen eines Werkstückes, wobei das Werkstück kraftschlüssig und/oder formschlüssig von in zumindest einer Teilanzahl der Fixierelemente (5) fixierten stiftförmigen Elementen (6) gehalten wird.

17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück zwischen mindestens zwei Flalterungsvorrichtungen (1) eingespannt wird.