Aktive universelle Haltevorrichtung zur Halterung eines Werkstücks in einer UniversalSpannvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine aktive universelle Haltevorrichtung zur Halterung eines Werkstücks, insbesondere eines Freiformteils, in einer Universalspannvorrichtung.

Zur Fixierung von dünnwandigen Freiformflächen werden sogenannte Universalspannvorrichtungen eingesetzt, die entsprechend der einschlägigen Fachterminologie auch als "Universal holding fixture" (UHF) bezeichnet werden und beispielsweise von der deutschen Firma Kostyrka GmbH erhältlich sind. Diese bekannten Universalspannvorrichtungen weisen als Grundelement Kolben-Zylinder-Einheiten auf, die über eine Kolbenstange jeweils eine Werkstückauflage axial verschiebbar positionieren können. Bei den bekannten Universalspannvorrichtungen ist eine Vielzahl dieser Grundelemente matrixförmig nebeneinander angeordnet, wobei die Kolbenstangen unterschiedlich weit ausgefahren werden können, um die jeweilige Werkstückauflage entsprechend der Außenkontur der zu fixierenden Freiformfläche zu positionieren. Vorteilhaft an diesen herkömmlichen U- niversalspannvorrichtungen ist die Tatsache, dass Bauteile mit unterschiedlichen Außenkonturen fixiert werden können, ohne dass eine Anpassung der Universalspannvorrichtung erforderlich ist.

Nachteilig an den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Uni- versalspannvorrichtungen ist jedoch die Tatsache, dass die Ventil- und Steuerungstechni : für die einzelnen Grundelemente von den Grundelementen bauli :h getrennt ist. Es ist deshalb relativ aufwendig, die einzelnen Grundelemente auszutauschen oder umzupositionieren, da die einzelnen Grundelemente dann wieder umständlich an die zugehörige Ventil- und Steuerungstechnik angeschlossen werden müssen.

Aus DE 100 23 915 AI ist eine Universalspannvorrichtung bekannt, die jedoch ebenfalls durch eine externe Steuereinrichtung angesteuert wird. Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf DE 197 45 145 AI, DE 10 2006 005 762 AI und DE 299 03 825 Ul.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Universalspannvorrichtungen entsprechend zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine aktive universelle Haltevorrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Die Erfindung umfasst den allgemeinen technischen Gedanken, die Ventil- und Steuerungstechnik in die Haltevorrichtung zu integrieren, so dass die Verbindungen zwischen der Ventil- und Steuerungstechnik und der Haltevorrichtung bei einer Um- positionierung und beim Austausch der Haltevorrichtung nicht getrennt werden müssen. Dies bietet den Vorteil, dass die Um- positionierung und der Austausch der einzelnen Haltevorrichtungen wesentlich einfacher ist.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung weist zunächst eine verschiebbare Kolbenstange auf, die eine Werkstückauflage führt, so dass die Werkstückauflage axial individuell positioniert werden kann, um die Position der Werkstückauflage individuell an die Außenkontur des jeweiligen Werkstücks anzupassen . Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung auch einen Kolbenstangenantrieb auf, um die Kolbenstange zusammen mit der Werkstückauflage aktiv zu verschieben. Davon zu unterscheiden sind passive Universalspannvorrichtungen, bei denen kein aktiver Antrieb der Kolbenstange erfolgt, da beispielsweise die Außenkontur des Werkstücks die Kolbenstange entsprechend verschiebt. Der Kolbenstangenantrieb arbeitet vorzugsweise pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch, jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Antriebsarten möglich.

Im Gegensatz zu den Grundelementen (Kolben-Zylinder-Einheit) der eingangs beschriebenen herkömmlichen Universalspannvorrichtungen weist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung eine baulich integrierte Steuereinheit zum Ansteuern des Kolbenstangenantriebs auf. Dies ist - wie bereits vorstehend erwähnt - vorteilhaft, weil es dann beim Umpositionieren der Haltevorrichtung oder beim Austausch der Haltevorrichtung nicht erforderlich ist, die Haltevorrichtung mit der Steuereinheit zu verbinden, wie es beim Stand der Technik notwendig ist .

Die vorstehend kurz beschriebene erfindungsgemäße Haltevorrichtung eignet sich im Rahmen von Universalspannvorrichtungen als Grundelement, wobei zahlreiche derartige Haltevorrichtungen nebeneinander angeordnet werden können, wie es auch bei den eingangs beschriebenen herkömmlichen Universalspannvorrichtungen der Fall ist.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Werkstückauflage einen an sich bekannten Vakuumsauger auf, um die Werkstückoberfläche anzusaugen und das Werkstück dadurch zu fixieren. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Werkstückauflage nicht auf derartige Vakuumsauger beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Typen und Bauweisen von Werkstückauflagen realisierbar .

Darüber hinaus verfügt die erfindungsgemäße Haltevorrichtung vorzugsweise über eine Klemmvorrichtung zum Festklemmen der Kolbenstange. Derartige Klemmvorrichtungen sind an sich ebenfalls bekannt und werden beispielsweise von der deutschen Firma Kostyrka GmbH vertrieben, so dass auf eine detaillierte Beschreibung von Aufbau und Funktionsweise derartiger Klemmvorrichtungen verzichtet werden kann.

Die Ansteuerung der Klemmvorrichtung erfolgt vorzugsweise hydraulisch über einen Druckübersetzer, der primärseitig mit Druckluft beaufschlagt wird und sekundärseitig einen entsprechenden Hydraulikdruck erzeugt, der bewirkt, dass die Klemmvorrichtung die Kolbenstange festklemmt. Der Druckübersetzer arbeitet also vorzugsweise luft-hydraulisch, wobei der Druckübersetzer an der Sekundärseite hydraulisch und an der Primärseite pneumatisch arbeitet.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Druckübersetzer eine Feder auf, die einen Klemmdruck erzeugt, wenn an der Primärseite des Druckübersetzers kein Druck anliegt, wobei der Klemmdruck bewirkt, dass die Klemmvorrichtung die Kolbenstange festklemmt. Zum Lösen der Klemmvorrichtung muss dagegen an der Primärseite des Druckübersetzers ein entsprechender Lösedruck angelegt werden, woraufhin dann die Klemmvorrichtung die Kolbenstange freigibt.

Hierbei ist zu erwähnen, dass der Druckübersetzer vorzugsweise baulich in die Haltevorrichtung integriert ist, wobei sich der Druckübersetzer vorzugsweise an dem der Werkstückauflage gegenüberliegenden Ende der Haltevorrichtung befindet, d.h. bei einer hängenden Montage am unteren Ende.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass sich die erfin- dungsgemäße Haltevorrichtung gegenüber dem Stand der Technik durch eine baulich integrierte Steuereinheit auszeichnet.

Diese Steuereinheit umfasst vorzugsweise Pneumatikventile zur Ansteuerung des Kolbenstangenantriebs, des Vakuumsaugers und/oder des Druckübersetzers sowie entsprechende Ventilan- triebe.

Darüber hinaus umfasst die baulich integrierte Steuereinheit vorzugsweise auch einen Controller, der die Pneumatikventile ansteuert, wobei der Controller über einen externen Busan- schluss angesteuert werden kann.

Die Ansteuerung der verschiedenen Universalspannvorrichtungen über einen gemeinsamen Steuerbus bietet den Vorteil, dass der Verkabelungsaufwand deutlich reduziert wird, da nur ein ein- ziger Steuerbus erforderlich ist, der beispielsweise als serieller Bus oder als paralleler Bus realisiert werden kann. Die einzelnen Universalspannvorrichtungen können dabei über den Steuerbus individuell adressiert (=ausgewählt ) und dann mit den gewünschten Steuersignalen angesteuert werden, um die gewünschte Stellung der jeweiligen Universalspannvorrichtung einzustellen .

Weiterhin ist zu erwähnen, dass jede der erfindungsgemäßen aktiven universellen Haltevorrichtungen vorzugsweise eine ei- gene Identifikation (Kennung) aufweist, die es ermöglicht, die einzelnen Haltevorrichtungen individuell zu adressieren. Diese Identifikation (Kennung) kann beispielsweise aus einer gespeicherten Identifikationsnummer bestehen oder durch Hardwareschalter eingestellt werden. Die individuelle Identifika- tion (Kennung) der einzelnen Haltevorrichtungen ermöglicht es, deren Ort, die jeweilige Stellung und den Referenzpunkt der jeweiligen Haltevorricht mg zu ermitteln und einzustel- len .

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer baulichen Integration bedeutet vorzugsweise, dass die erfindungs ^¬ gemäße Haltevorrichtung ein Gehäuse aufweist, wobei das Ge ^¬ häuse den Kolbenstangenantrieb, die Steuereinheit, den Druckübersetzer, die Pneumatikventile, den Controller und/oder die Ventilantriebe enthält.

Darüber hinaus können innerhalb des Gehäuses mehrere Elektro- kabel und Pneumatik-/Hydraulikleitungen (z.B. Schläuche oder Rohre) verlaufen, so dass außerhalb des Gehäuses keine Kabel oder Leitungen verlaufen müssen. Dadurch wird die Umpositio- nierung bzw. der Austausch der einzelnen Haltevorrichtungen wesentlich erleichtert, da die Handhabung der Haltevorrichtung nicht durch außenliegende Leitungen behindert wird.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die einzelnen Haltevorrichtungen vorzugsweise ein Steckverbindungsteil zur elektrischen und/oder fluidischen Kontaktie- rung der Haltevorrichtung auf. Dieses Steckverbindungsteil stellt dann automatisch eine Steckverbindung mit einem entsprechend angepassten Steckverbindungsteil einer zur Montage dienenden Flanschplatte her, wenn die einzelne Haltevorrichtung in der Flanschplatte montiert wird. Beim Einstecken der einzelnen Haltevorrichtung in eine entsprechende Aufnahmebohrung in der Flanschplatte greifen die beiden Steckverbindungsteile von Haltevorrichtung und Flanschplatte also automatisch ineinander und stellen die gewünschte Verbindung her. Dies erleichtert ebenfalls das Umpositionieren bzw. den Austausch der einzelnen Haltevorrichtungen, da bei der mechani- sehen Montage auch automatisch eine fluidische bzw. elektrische Kontaktierung erfolgt, wodurch die umständlichen Arbeitsschritte zur Kontaktierung der einzelnen Haltevorrichtungen eingespart werden. Hierbei ist zu erwähnen, dass die beiden korrespondierenden Steckverbindungsteile an den einzelnen Haltevorrichtungen einerseits und an der Flanschplatte andererseits vorzugsweise koaxial ausgerichtet sind, damit die Steckverbindung beim axialen Einführen der einzelnen Haltevorrichtungen automatisch hergestellt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Werkstückauflage nicht starr mit der Kolbenstange verbunden, sondern über ein Gelenk, so dass die Werkstückauflage relativ zu der Kolbenstange schwenkbar ist. Vorzugsweise han- delt es sich bei diesem Gelenk um ein Kugelgelenk, das allseitig schwenkbar ist. Eine derartige Lagerung der Werkstückauflage in einem Gelenk ermöglicht eine Anpassung der einzelnen Werkstückauflagen der verschiedenen Haltevorrichtungen an gekrümmte Werkstückoberflächen.

Darüber hinaus kann die Werkstückauflage mit ihrer Auflagefläche in einer beliebigen räumlichen Orientierung relativ zu der Kolbenstange angeordnet sein, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn Werkstücke mit komplexen Oberflächenver- läufen aufgelegt werden sollen. So schließt die Flächennormale der Auflagefläche mit der Verschieberichtung der Werkstückauflage einen bestimmten Winkel ein, wobei es sich beispielsweise um einen rechten Winkel oder um einen spitzen Winkel handeln kann. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Flächennormale der Auflagefläche der

Werkstückauflage parallel zu der Verschieberichtung der Werkstückauflage ausgerichtet ist. Zur Einstellung des gewünschten Winkels zwischen der Flächennormale der Auflagefläche der Werkstückauflage einerseits und der Verschieberichtung der Werkstückauflage andererseits kann im Rahmen der Erfindung ein Winkelverbinder eingesetzt werden, der zwei zueinander angewinkelte Schenkel aufweist, wobei der Winkelverbinder den gewünschten Winkel einstellt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Haltevorrichtung einen Vakuumsauger auf, um das zu haltende Werkstück anzusaugen. Derartige Vakuumsauger sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. Vorzugsweise umfasst der Vakuumsauger einen Faltenbalg, der die Werkstückauflage seitlich umgibt und auf der Werkstückoberfläche aufsetzt. Im unbelasteten Zustand (d.h. ohne ein angesaugtes Werkstück) ragt der Faltenbalg vorzugsweise über die Werkstückauflage hinaus, wohingegen der Faltenbalg die Werkstückoberfläche beim Ansaugen des Werkstücks vorzugsweise seitlich abdichtet. Beim Ansaugen des Werkstücks wird der Faltenbalg also in axialer Richtung zusammengedrückt. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Haltevorrichtungen als Grundelemente einer üniversalspannvorrichtung beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung auch eine komplette Üniversalspannvorrichtung mit zahlreichen derartigen Haltevorrichtungen, die nebeneinander angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet sind, wie es auch bei den eingangs beschriebenen herkömmlichen Universalspannvorrichtungen der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Üniversalspannvorrichtung weist Vorzugs weise eine gemeinsame Flanschplatte zur mechanischen Halterung der einzelnen Haltevorrichtungen auf, wobei die einzelnen Haltevorrichtungen vorzugsweise an ihrer Kopfseite hängend in der Flanschplatte gehalten werden. Hierzu weist die Flanschplatte vorzugsweise mehrere Aufnahmebohrungen zur Auf nähme jeweils einer der Haltevorrichtungen auf. Bei der Montage werden die einzelnen Haltevorrichtungen also jeweils in die Aufnahmebohrungen eingeführt und dann an der Flanschplatte befestigt.

Die mechanische Fixierung der einzelnen Haltevorrichtungen in der Flanschplatte erfolgt vorzugsweise durch einen Bajonett- verschluss, wie er an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Baj onettverschluss weist vorzugsweise ein Aufnahme- teil und ein Dreh-Steck-Teil, wobei das Dreh-Steck-Teil in das Aufnahmeteil einführbar und relativ zu dem Aufnahmeteil drehbar ist. Zum Schließen des Bajonettverschlusses wird also das Dreh-Steck-Teil in das Aufnahmeteil axial hineingesteckt und dann relativ zu dem Aufnahmeteil gedreht. Zum Lösen des Bajonettverschlusses wird das Dreh-Steck-Teil dann wieder in entgegengesetzter Drehrichtung relativ zu dem Aufnahmeteil gedreht und dann axial aus dem Aufnahmeteil herausgezogen.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses an der Haltevorrichtung angebracht, während das zugehörige Aufnahmeteil des Bajonettverschlusses an der Flanschplatte der Universalspannvorrichtung fest angebracht ist. Vorzugsweise ist das an der Haltevorrichtung angebrachte Dreh-Steck-Teil relativ zu der Haltevorrichtung drehbar, so dass zur Fixierung des Bajonettverschlusses nicht die gesamte Haltevorrichtung gedreht werden muss, sondern nur das Dreh-Steck-Teil, das hierzu als Ring ausgebildet sein kann. In einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Arretierung der aktiven universellen Haltevorrichtungen in der

Flanschplatte nicht durch einen Bajonettverschluss, sondern durch einen Steckverschluss , der im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Bajonettverschluss nur eine rein lineare Steckverbindung der Haltevorrichtung erfordert. Ein weiterer Vorteil einer solchen rein linearen Steckverbindung ist die erheblich größere Niederzugskraft der Verbindung. Darüber hinaus lässt sich der Außendurchmesser der Haltevorrichtung verringern, so dass sich in einem kompletten Universalspannsystem ein geringeres Rastermaß von beispielsweise 250 mm realisieren lässt, was 50 mm weniger ist als bei herkömmlichen Systemen. Die in dieser Variante der Erfindung eingesetzte rein lineare Steckverbindung ermöglicht also im Vergleich zu einem Baj onettverschluss eine größere Packungsdichte der einzelnen Haltevorrichtungen in einem Universalspannsystem.

Bei einer derartigen rein linearen Steckverbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Flanschplatte des Universalspannsystems weist der Arretiermechanismus vorzugsweise eine Kugelverriegelung auf, welche die einzelnen Haltevorrichtungen in der Flanschplatte des Universalspannsystems verriegelt . Vorzugsweise weist diese Kugelverriegelung mehrere Kugelsperrbolzen auf, die in jeweils eine Aufnahmebohrung in der Flanschplatte eingeführt werden können und die jeweilige Haltevorrichtung in der zugehörigen Aufnahmebohrung der Flanschplatte arretieren. Die einzelnen Kugelsperrbolzen enthalten hierbei Verriegelungskugeln, die mittels eines axial verschiebbaren Verriegelungsstößels verriegelt oder frei gegeben werden können. Die Kugelsperrbolzen können also durch eine Betätigung des Verriegelungsstößels entriegelt werden, damit die jeweilige Haltevorrichtung aus der Flanschplatte heraus- gezogen bzw. in die Flanschplatte eingesetzt werden kann.

Darüber hinaus weisen die einzelnen Kugelsperrbolzen an ihrer Oberseite vorzugsweise jeweils einen Eingriff auf, um eine formschlüssige Verbindung zu einem Greifer zu ermöglichen. Beispielsweise kann es sich bei diesem Eingriff um eine Nut handeln, die am oberen Ende der Kugelsperrbolzen angeformt ist .

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Universalspannvorrichtung vorzugsweise einen frei positionierbaren Greifer auf, um die einzelnen Haltevorrichtungen bei der Montage und Demontage in der Flanschplatte greifen zu können, wobei der Greifer beispielsweise manuell bewegt, oder von einem mehrachsigen Manipulator ggf. mit geeigneter Steuerung vollautomatisch (mannlos) umpositioniert werden kann. Die Erfindung umfasst also auch ein Universalspannsystem mit einem Manipulator, der die einzelnen Haltevorrichtungen entsprechend einem vorgegebenen Programm in der Flanschplatte positioniert. Bei dem Manipulator kann es sich beispielsweise um einen mehrachsigen Roboter handeln. Das Programm zur Positionierung der einzelnen Haltevorrichtungen in der Flanschplatte kann beispielsweise CAD-Daten (CAD: Computer Aided Design) des zu spannenden Werkstücks auswerten und die Haltevorrichtungen räumlich so positionieren, dass das Werkstück entsprechend seiner Form optimal gehalten bzw. unterstützt wird.

Der Greifer greift vorzugsweise das an der Haltevorrichtung angebrachte Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses, jedoch kann der Greifer im Rahmen der Erfindung auch an anderen Teilen der Haltevorrichtung angreifen.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Greifer mindestens einen Vorsprung auf, der in eine Nut an dem an der Haltevorrichtung angebrachten Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses eingreift, wobei sich die Nut über einen bestimmten Winkel in Umfangsrichtung erstreckt. Bei der Nut handelt es sich also in dem bevorzugten Ausführungsbei- spiel nicht um eine ringförmig vollständig umlaufende Nut, sondern um eine winkelmäßig begrenzte Nut.

Darüber hinaus weist der Greifer in dem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel einen Schieber auf, der axial zwischen einer

Verriegelungsstellung und einer Freigabestellung verschiebbar ist, wobei der Schieber in der Verriegelungsstellung verhindert, dass der Vorsprung des Greifers in der Nut in Nutrichtung gleiten kann, wohingegen der Schieber in der Freigabe- Stellung eine Gleitbewegung des Vorsprungs in Nutrichtung ermöglicht .

Zum einen verhindert der Schieber also in der Verriegelungsstellung, dass sich die formschlüssige Verbindung zwischen dem Vorsprung des Greifers einerseits und der Nut in dem

Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses andererseits unbeabsichtigt löst.

Zum anderen verhindert der Schieber in der Verriegelungsstel- lung auch, dass sich der Vorsprung des Greifers relativ, zu dem Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses drehen kann. Dadurch ist es wiederum möglich, dass der Greifer über den Vorsprung ein Drehmoment auf das Dreh-Steck-Teil des Bajonettverschlusses aufbringt, um den Bajonettverschluss zu verrie- geln bzw. zu lösen. Ferner ist hierbei zu erwähnen, dass der Schieber vorzugsweise pneumatisch betätigt wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Variante der Erfindung mit einer linearen Steckverbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Flanschplatte des Universalspannsystems ist der Greifer dagegen vorzugsweise anders ausgebildet und an die Steckverbindung angepasst. Hierzu weist der Greifer einen Verriegelungshebel auf, der quer zur Längsachse der Haltevorrichtung zwischen einer GreifStellung und einer Freigabestellung schwenkbar ist. In der GreifStellung greift der Verriegelungshebel in den bereits vorstehend erwähnten Eingriff in der Oberseite der einzelnen Kugelsperrbolzen ein und verbindet dadurch den Greifer formschlüssig mit den einzelnen Ku- gelsperrbolzen und damit auch mit der jeweiligen Haltevorrichtung. In der Freigabestellung geben die Verriegelungshebel dagegen die jeweilige Haltevorrichtung frei, so dass der Greifer aufgesetzt bzw. entfernt werden kann. Das Schwenken des Verriegelungshebels erfolgt vorzugsweise mittels einer drehbaren Nockenscheibe, wobei die Nockenscheibe den Verriegelungshebel entsprechend ihrer Drehstellung in die GreifStellung oder in die Freigabestellung schwenkt. Zum Drehen der Nockenscheibe kann ein pneumatischer Linearzylinder vorgesehen sein, jedoch sind auch andere Antriebsarten zum Drehen der Nockenscheibe möglich.

Darüber hinaus ist vorzugsweise eine mechanische Sicherung vorgesehen, um die Nockenscheibe und damit auch den Verriegelungshebel in der GreifStellung bzw. in der Freigabestellung zu fixieren. Eine derartige Sicherung kann beispielsweise aus einem Raststift bestehen, der federnd in die Nockenscheibe eingreift .

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung zeichnet sich vorzugsweise durch eine standardisierte Aufnahme (Kupplung) aus, die sämtliche Anschlüsse auf einem Ring enthält, wobei alle Steuerelemente so angeordnet sind, dass der Wechsel der Haltevor- richtung durch axiales Herausziehen bzw. Wiedereinsetzen möglich ist.

Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Haltevorrichtung in verschiedener Weise eingebaut sein kann. Eine Möglichkeit besteht in einer fest eingebauten Haltevorrichtung ohne oder mit einem eigenen aktiven Antrieb. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die erfindungsgemäße Haltevorrichtung in einem vordefinierten Feld von Aufnahmen wahlweise zu positionieren. Diese verschiedenen Varianten sind deswegen wichtig, weil sehr häufig große Teile gespannt werden sollen, aber möglicherweise nicht die gesamte Fläche mit Haltevorrichtungen bedeckt sein muss. Außerdem ist es möglich, die Anzahl der Antriebe, die separat angesteuert werden müssen, zu verringern, was wiederum eine Reduzierung des Aufwandes bedeutet.

An Stelle des vorstehend beschriebenen Bajonettsystems besteht auch die Möglichkeit eines linear andockenden Systems mit einem Nippel und einem Verriegelungselement. Vorteilhaft daran ist unter anderem, dass nur eine Linearbewegung erforderlich ist und die gesamte Anordnung etwas kompakter baut, so dass der Abstand zwischen den einzelnen Auflagepunkten verringert werden kann.

Ferner ist zu erwähnen, dass die Werkstückauflagen der einzelnen Haltevorrichtungen entweder in Längsrichtung aktiv o- der passiv verschoben werden können, d.h. durch Ankopplung an eine externe NC-Achse (Spindel) und der Verschiebung durch diese .

Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung - wie bereits erwähnt - die Möglichkeit einer Umlenkung, die es erlaubt, Ab- stützpunkte an kritischen Stellen des Bauteiles dichter zueinander zu bringen. Das System wird dadurch flexibler und es können komplexere Bauteile in engeren Biegeradien damit gespannt werden, um sie bearbeiten zu können. Die verschiebbare Werkstückauflage benötigt hierbei vorzugsweise eine Verdrehsicherung im Anlageelement. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung, die in einer Universalspannvorrichtung als Grundelement eingesetzt werden kann,

Figur 2 eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Universalspannvorrichtung mit zahlreichen derartigen Haltevorrichtungen, eine schematische Aufsicht auf eine Univer salspannvorrichtung mit zahlreichen matrix förmig angeordneten Haltevorrichtungen als Grundelement ,

Figur 4 eine aufgeschnittene Perspektivansicht einer

Klemmvorrichtung der Haltevorrichtung gemäß Figur 1,

Figur 5 eine schematische Darstellung der baulich integrierten Steuereinheit der Haltevorrichtung gemäß Figur 1,

Figuren 6A-6D verschiedene Ansichten der baulich integrierten Steuereinheit der Haltevorrichtung gemäß Figur 1, Figur 7 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung in einer Flanschplatte mit einem aufgesetzten Greifer,

5 Figur 8 eine vergrößerte Perspektivansicht aus Figur 7 mit zwei Haltevorrichtungen in der Flanschplatte ,

Figur 9 eine andere Perspektivansicht der Darstellt) lung gemäß Figur 7,

Figur 10 eine vergrößerte Perspektivansicht der Darstellung gemäß Figur 9,

15 Figur 11 eine Querschnittsansicht durch die Haltevorrichtung mit dem aufgesetzten Greifer,

Figuren 12A-12C verschiedene Varianten mit unterschiedlichen

Winkeln zwischen der Werkstückauflage und 20 der Kolbenstange,

Figur 13 eine vergrößerte Perspektivansicht des Vakuumsaugers aus den Figuren 12A-12C,

25 Figur 14 eine Perspektivansicht einer Abwandlung von

Figur 7 mit einer rein linearen Steckverbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Flanschplatte,

Figur 15A eine Aufsicht auf den Greifmechanismus des

Greifers bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14, Figur 15B eine Unteransicht des Greifmechanismus aus

Figur 15A,

Figur 16 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 14 mit einem aufgesetzten Greifer,

Figur 17 eine Querschnittsansicht eines Kugelsperrbolzens des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 14-16.

Figur 1 zeigt eine aktive Haltevorrichtung 1, die in einer in den Figuren 2 und 3 vereinfacht dargestellten Universalspannvorrichtung 2 als Grundelement eingesetzt werden kann, wobei in der Universalspannvorrichtung 2 zahlreiche derartige Haltevorrichtungen 1 parallel nebeneinander matrixförmig angeordnet sind, so dass sich die Universalspannvorrichtung 2 der Außenkontur des zu fixierenden Bauteils anpassen kann.

Die Haltevorrichtung 1 weist eine axial verschiebbare Kolbenstange 3 auf, die an ihrem oberen Ende einen herkömmlichen Vakuumsauger 4 als Werkstückauflage trägt. Die Kolbenstange 3 ist hierbei im oberen Bereich von einem schützenden Faltenbalg 5 umgeben.

Innerhalb des Faltenbalgs 5 befindet sich eine Klemmvorrichtung 6, die in Figur 4 dargestellt ist und an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, so dass der Aufbau und die Funktionsweise der Klemmvorrichtung 6 nicht näher beschrieben werden muss.

Die Kolbenstange 3 ist in einem äußeren Rohr 7 axial verschiebbar, wobei sich am unteren Ende des Rohrs 7 ein Kolbenstangenantrieb 8, ein Druckübersetzer 9 und ein Controller 10 befinden, die baulich in die Haltevorrichtung 1 integriert sind .

Darüber hinaus weist die Haltevorrichtung 1 noch einen

Flansch 11 auf, der im Wesentlichen zwei Funktionen hat.

Zum Einen dient der Flansch 11 zur mechanischen Fixierung der Haltevorrichtung 1 in einer hier nicht dargestellten Flanschplatte der Universalspannvorrichtung 2. Hierzu wird die Hal- tevorrichtung 1 in eine Aufnahmebohrung in der Flanschplatte der Universalspannvorrichtung 2 hineingesteckt, bis der

Flansch 11 der Haltevorrichtung 1 auf dem Umfangsrand der Aufnahmebohrung der Flanschplatte der Universalspannvorrichtung 2 aufliegt. Die Fixierung der Haltevorrichtung 1 in der Universalspannvorrichtung kann dann durch einen Bajonettver- schluss erfolgen, wie noch detailliert beschrieben wird.

Zum Anderen hat der Flansch 11 der Haltevorrichtung 1 aber auch die Funktion, eine fluidische und elektrische Kontaktie- rung der Haltevorrichtung 1 in der Universalspannvorrichtung 2 herzustellen. Hierzu weist der Flansch 11 ein nicht dargestelltes Steckverbindungsteil auf, das beim Einstecken der Haltevorrichtung 1 in die zugehörige Aufnahmebohrung der Flanschplatte der Universalspannvorrichtung 2 automatisch ei- ne Steckverbindung herstellt. Über die Steckverbindung erfolgt dann die elektrische Ansteuerung des Controllers 10 ü- ber einen Steuerbus und die pneumatische Ansteuerung des Druckübersetzers 9. Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Haltevorrichtung 1 kann also in der Universalspannvorrichtung 2 ohne größeren Aufwand umpositioniert oder ausgetauscht werden, da die fluidische und elektrische Kontaktierung der Haltevorrichtung 1 automatisch erfolgt, wenn die Haltevorrichtung 1 in die zuge- hörige Aufnahmebohrung in der Flanschplatte der Universalspannvorrichtung 2 hineingesteckt wird.

Darüber hinaus wird die Umpositionierung bzw. der Austausch der Haltevorrichtung 1 in der Universalspannvorrichtung 2 auch dadurch erleichtert, dass der Controller 10 in die Haltevorrichtung 1 baulich integriert ist, so dass die elektrische Kontaktierung der Haltevorrichtung 1 einfach durch einen Steuerbus erfolgen kann.

Figur 5 zeigt schematisch, dass in die Haltevorrichtung 1 neben dem Controller 10 auch mehrere Schalter S1-S4, Ventile V1-V3 sowie der Kolbenstangenantrieb 8 integriert sind. Die Figuren 6A-6D zeigen verschiedene Ansichten des unteren Abschnitts der Haltevorrichtung 1, wobei ein oberer Bereich 12 den Controller 10, eine Servosteuerung und ein Bus-System umfasst, während ein unterer Bereich 13 ein pneumatisches Ventil für Druckluft, ein pneumatisches Ventil für den Vaku- umsauger 4 und ein pneumatisches Ventil für den Druckübersetzer 9 enthält.

Die Figuren 7-10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungs- beispiel weitgehend übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. In den Figuren 6-9 ist nicht nur die Haltevorrichtung 1 dargestellt, sondern auch ein Ausschnitt einer Flanschplatte 14 der Universalspannvorrichtung 2, wobei die Flanschplatte 14 in der Realität wesentlich ausgedehnter ist und eine Vielzahl von Aufnahmebohrungen für jeweils eine Haltevorrichtung 1 um- fasst .

Die mechanische Fixierung der Haltevorrichtung 1 in der

Flanschplatte 14 erfolgt hierbei durch einen Bajonettver- schluss. Hierzu sind an der Oberseite der Flanschplatte 14 Aufnahmeteile 15 angebracht, welche die jeweilige Aufnahme- bohrung ringförmig umgeben und in ihrer Mantelfläche eine Nut

16 aufweisen.

Die Haltevorrichtung 1 weist dagegen ein entsprechend ange- passtes ^" ringförmiges Dreh-Steck-Teil 17 auf, das relativ zu der Haltevorrichtung 1 drehbar ist und außen Stifte 18 trägt, die in die Nut 16 eingeführt werden können.

Zur Montage der Haltevorrichtung 1 wird die Haltevorrichtung 1 also in die jeweilige Aufnahmebohrung in der Flanschplatte 14 hineingesteckt, bis die Stifte 18 in dem Dreh-Steck-Teil

17 in die zugehörigen Nuten 16 in dem Aufnahmeteil 15 glei- ten. Anschließend wird das Dreh-Steck-Teil 17 dann relativ zu der Haltevorrichtung 1 gedreht, wodurch der Bajonettver- schluss verriegelt wird.

Darüber hinaus ist in diesen Zeichnungen noch ein Greifer 19 dargestellt, der es bei der Montage bzw. Demontage der Haltevorrichtung 1 ermöglicht, die Haltevorrichtung 1 kopfseitig zu greifen.

Der Greifer 19 weist hierzu mehrere Vorsprünge 20 auf, die zum Greifen in entsprechende Nuten 21 in dem Dreh-Steck-Teil 17 eingreifen. Die Nuten 21 in dem Dreh-Steck-Teil 17 erstrecken sich hierbei nicht über den gesamten Umfang des Dreh- Steck-Teils 17, sondern nur über einen bestimmten Winkel. Darüber hinaus weist der Greifer 19 mehrere Schieber 22A, 22B auf, die von jeweils einem Pneumatikzylinder 23A, 23B axial verschoben werden können, um den Vorsprung 20 in der Nut 21 zu verriegeln. Zum Verriegeln werden die Schieber 22A, 22B also axial nach unten geschoben, so dass sich der Vorsprung 20 nicht mehr aus der Nut 21 lösen kann. Darüber hinaus ermöglicht dies, dass der Greifer 19 ein Drehmoment auf das Dreh-Steck-Teil 17 ausübt, um den Bajonettverschluss zu verriegeln .

Hierbei ist zu erwähnen, dass der Schieber 22A einen zylindrischen Querschnitt aufweist, während der Schieber 22B einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der zylindrische Schieber 22A verbindet das Dreh-Steck-Teil 17 mit dem Flansch 11, wenn keine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Dreh- Steck-Teil 17 und dem Flansch 11 erwünscht ist.

Der Greifer 19 kann im Betrieb von einem Manipulator (z.B. einem mehrachsigen Roboter) bewegt werden, um die einzelnen Haltevorrichtungen 1 in der Universalspannvorrichtung 2 zu montieren bzw. zu demontieren.

Hierzu weist der Greifer 19 einen Flansch 24 auf, der von dem Manipulator geführt wird. Darüber hinaus weist der Greifer 19 ein glockenförmiges drehbares Teil 25 auf, das um eine Drehachse 26 relativ zu dem Flansch 24 drehbar ist, um den Bajonettverschluss zu verriegeln bzw. zu entriegeln. Diese Drehbewegung des drehbaren Teils 25 wird von einem Elektroantrieb und einem Untersetzungsgetriebe angetrieben, wobei der Elekt- roantrieb über eine in dem Greifer 19 befindliche mechanische Schnittstelle 27 angekoppelt werden kann. Die beiden Schieber 22A, 22B bzw. die dazugehörenden Pneumatikzylinder 23A, 23B werden in ihren jeweiligen Endlagen e- lektrisch abgefragt. In Verbindung mit einem Drehgeber am Antriebsmotor des drehbaren Teils 25 (Greiferglocke) des Greifers 19 und einem Linearmesssystem des zusätzlich erforderlichen Linearantriebes erkennt eine Steuerung der Anlage die jeweiligen Positionen und Zustände.

Des weiteren ist in dem Flansch 11 der Haltevorrichtung 1 ein Näherungsschalter eingebaut, der bedämpft wird, wenn die Haltevorrichtung 1 korrekt auf der Flanschplatte 14 aufsitzt. Die Figuren 12A-12C zeigen verschiedene mögliche Varianten der Anbringung des Vakuumsaugers 4 an der Kolbenstange 3, wobei diese Varianten teilweise mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung ver- wiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Eine Besonderheit dieser Varianten besteht darin, dass in dem Faltenbalg 5 eine Werkstückauflage 28 mittels eines Kugelge- lenks 29 allseitig schwenkbar angeordnet ist. Beim Ansaugen des jeweiligen Werkstücks kann die Werkstückauflage 28 also entsprechend der Ausrichtung und dem Verlauf der Werkstückoberfläche geschwenkt werden, wobei die Schwenkung passiv erfolgt, so dass sich die Werkstückauflage 28 selbständig an die Werkstückoberfläche anpasst.

Bei der Variante gemäß Figur 12B ist der Vakuumsauger 4 über einen Befestigungsbügel 30 mit der verschiebbaren Kolbenstange 3 verbunden. Zum einen bewirkt der Befestigungsbügel 30 hierbei, dass die Flächennormale N der Auflagefläche der Werkstückauflage 28 in der Neutralstellung parallel zu der Verschieberichtung V der Kolbenstange 3 ausgerichtet ist, wie es auch bei dem Ausfüh ^¬ rungsbeispiel gemäß Figur 1 der Fall ist.

Zum anderen sorgt der Befestigungsbügel 30 aber auch dafür, dass der Vakuumsauger 4 seitlich zu der Kolbenstange 3 ver- setzt angeordnet ist.

Bei der Variante gemäß Figur 12B ist der Vakuumsauger 4 dagegen über einen Winkelverbinder 31 mit der Kolbenstange 3 verbunden, wobei der Winkelverbinder 31 zwei zueinander angewin- kelte Schenkel 31.1, 31.2 aufweist. Die beiden Schenkel 31.1, 31.2 des Winkelverbinders 31 stellen hierbei einen bestimmten Winkel α zwischen der Flächennormale N der Auflagefläche der Werkstückauflage einerseits und der Verschieberichtung V der Kolbenstange 3 andererseits ein.

Bei der Variante gemäß Figur 12C sind die beiden Schenkel 31.1, 31.2 des Winkelverbinders 31 rechtwinklig zueinander ausgerichtet, so dass auch die Flächennormale N der Auflagefläche der Werkstückauflage 28 rechtwinklig zu der Verschie- berichtung V der Kolbenstange 3 ausgerichtet ist.

Aus der vergrößerten Detailansicht in Figur 13 ist zusätzlich ersichtlich, dass der Vakuumsauger 4 einen Vakuumanschluss 32 aufweist, um das Werkstück ansaugen zu können.

Die Figuren 14-17 zeigen eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, wobei die Abwandlung teilweise mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung bezug genommen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden . Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass zur mechanischen Verbindung zwischen der Haltevorrichtung 1 und der zugehörigen Flanschplatte 14 eine rein lineare Steckverbindung vorgesehen ist. Zur Fixierung der Haltevorrichtung 1 in der zugehörigen Flanschplatte 14 muss die Hal- tevorrichtung 1 also nur in eine entsprechende Aufnahmebohrung 33 in der Flanschplatte 14 hineingesteckt werden, wobei keine Drehbewegung der kompletten Haltevorrichtung 1 erforderlich ist, um die Haltevorrichtung 1 in der Aufnahmebohrung 33 zu verriegeln. Vielmehr wird der Greifer 19 mit der darin befindlichen Haltevorrichtung 1 einfach über der jeweiligen Aufnahmebohrung 33 platziert und dann abgesenkt, so dass die Haltevorrichtung 1 in die Aufnahmebohrung 33 eingeführt wird.

Zur Arretierung der Haltevorrichtung 1 in der Flanschplatte 14 weist die Haltevorrichtung 1 mehrere Kugelsperrbolzen 34 auf, die detailliert in Figur 17 dargestellt sind. Die Kugelsperrbolzen 34 sind in den Flansch 11 der Haltevorrichtung 1 seitlich eingeschraubt und greifen im montierten Zustand in eine Verriegelungshülse 35 in der Flanschplatte 14 ein.

Darüber hinaus weist der Kugelsperrbolzen 14 Verriegelungskugeln 36 und einen Verriegelungsstößel 37 auf, wobei der Verriegelungsstößel 37 in dem Kugelsperrbolzen 34 axial zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung ^' verschiebbar ist.

In der Verriegelungsstellung drückt der Verriegelungsstößel 37 die Verriegelungskugeln 36 radial nach außen und arretiert dadurch den Kugelsperrbolzen 34 in der Verriegelungshülse 35 in der Flanschplatte 14.

In der Entriegelungsstellung ermöglicht der Verriegelungsstö- ßel 37 dagegen ein Ausweichen der Verriegelungskugeln 36 radial nach innen, um den Kugelsperrbolzen 34 in die Verriegelungshülse 35 einführen oder daraus entfernen zu können.

Der Verriegelungsstößel 37 wird hierbei durch eine Spiralfe- der 38 in Richtung der Verriegelungsstellung vorgespannt. Zum Entriegeln wird der Verriegelungsstößel 37 dagegen an seiner oberen Stirnfläche herabgedrückt, um den Verriegelungsstößel 37 in die Entriegelungsstellung zu bringen. Zum Entriegeln des Kugelsperrbolzens 34 weist der Greifer 19 für jeden der Kugelsperrbolzen 34 einen Stößel 39 auf, der beim Greifen von oben auf den Verriegelungsstößel 37 drückt und diesen dadurch nach unten in die Entriegelungsstellung schiebt, damit der Kugelsperrbolzen 34 in die zugehörige Ver- riegelungshülse 35 in der Flanschplatte 14 eingeführt werden kann .

Die mechanische Verbindung zwischen dem Greifer 19 und der Haltevorrichtung 1 während des Greifens erfolgt dagegen durch mehrere Verriegelungshebel 40, die rechtwinklig zur Längsachse der Haltevorrichtung schwenkbar sind, wie aus Figur 15 ersichtlich ist.

Die Schwenkbewegung der einzelnen Verriegelungshebel 40 er- folgt hierbei durch eine Nockenscheibe 41, die von einem

Pneumatikzylinder 42 gedreht werden kann, wie insbesondere aus Figur 15A ersichtlich ist. Die Linearbewegung des Pneumatikzylinders 42 wird also zunächst in eine Drehbewegung der Nockenscheibe 41 umgewandelt. Die Drehbewegung der Nocken- scheibe 41 wird dann wiederum umgewandelt in eine Schwenkbewegung der Verriegelungshebel 40.

Darüber hinaus weist dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung noch eine mechanische Sicherung auf, um eine unerwünschte

Drehbewegung der Nockenscheibe 41 zu verhindern. Diese mechanische Sicherung besteht aus einem Stift 43, der in eine entsprechende Verrastung der Umfangsflache der Nockenscheibe 41 federnd eingreift und dadurch verhindert, dass sich die No- ckenscheibe 41 unerwünscht dreht.

Die Verriegelungshebel 40 greifen während des GreifVorgangs , d.h. im verriegelten Zustand, in eine Ringnut 44 (vgl. Fig. 17) an der Oberseite der Kugelsperrbolzen 34 ein und verbin- den den Greifer 19 dadurch formschlüssig mit der jeweiligen Haltevorrichtung 1.

Nach der Positionierung der jeweiligen Haltevorrichtung 1 in der zugehörigen Aufnahmebohrung 33 schwenken die Pneumatikzy- linder 42 die Verriegelungshebel 40 dann wieder in die Freigabestellung. Hierbei drücken die Stößel 39 des Greifers 19 von oben axial auf den Verriegelungsstößel 37, wodurch der Kugelsperrbolzen 34 aus der Verriegelungshülse 35 der

Flanschplatte 14 herausgezogen werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die

Erfindung auch Schutz für den Gegenstand der Untersprüche unabhängig von dem Gegenstand der in Bezug genommenen Ansprüche . Bezugs zeichenliste :

1 Haltevorrichtung 31 Winkelverbinder

2 UniversalspannVorrichtung 31.1 Schenkel

3 Kolbenstange 31.2 Schenkel

4 Vakuumsauger 32 Vakuumanschluss

5 Faltenbalg 33 Aufnahmebohrung

6 Klemmvorrichtung 34 Kugelsperrbolzen

7 Rohr 35 Verriegelungshülse

8 Kolbenstangenantrieb 36 Verriegelungskugeln

9 Druckübersetzer 37 VerriegelungsStößel

10 Controller 38 Spiralfeder

11 Flansch 39 Stößel

12 Oberer Bereich 40 Verriegelungshebel

13 Unterer Bereich 41 Nockenscheibe

14 Flanschplatte 42 Pneumatikzylinder

15 Aufnahmeteil 43 Stift

16 Nut 44 Ringnut

17 Dreh-Steck-Teil * * * * *

18 Stifte

19 Greifer

20 Vorsprung

21 Nuten

22A Schieber

22B Schieber

23A Pneumatikzylinder

23B Pneumatikzylinder

24 Flansch

25 Drehbares Teil

26 Drehachse

27 mechanische Schnittstelle

28 Werkstückauflage

29 Kugelgelenk

30 Befestigungsbügel