Lagerung des zu bearbeitenden Werkstücks

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstücks, einen Rahmen zur Aufnahme mindestens einer derartigen Vorrichtung und ein Verfahren zur Lagerung des zu bearbeitenden Werkstücks.

Aus der DE 102 30 270 B4 ist eine Vorrichtung zur lösbaren Fixierung einer gleichmäßig gekrümmten Oberfläche eines zu bearbeitenden, tafelförmigen Werkstückes bekannt, wobei das zu bearbeitende Werkstück ein großflächiges, gewölbtes Laminatblech ist. Die aus dieser Druckschrift bekannte Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem mehrere Stützstreben translatorisch bewegbar gelagert sind, sodass diese an die Wölbung des Werkstückes angepasst werden können. Am werkstückseitigen Ende der Stützstreben sind Halterungen zur Fixierung eines Profils angeordnet, an dem Saugnäpfe befestigt sind, die an eine Unterdruckerzeugungseinrichtung angeschlossen wreden. Die Stützstreben, die Halterungen, das Profil und die Saugnäpfe bilden gemeinsam eine Einheit zur Fixierung einer Seite des zu bearbeitenden Werkstückes. Auf der dieser Einheit gegenüberliegenden Seite des Werkstückes ist eine weitere derartige Einheit vorgesehen, die das Werkstück zusätzlich von seiner Rückseite her fixiert, sodass das Werkstück mittels der Saugnäpfe und dem vorhandenen Unterdrück (Vakuum) beidseitig eingespannt ist. Während der Fixierung des Werkstückes über die Saugnäpfe passen sich diese infolge des anliegenden Unterdrucks unmittelbar an die Oberfläche des Werkstückes an, gehen jedoch in ihre ursprüngliche Ausgangsform zurück, wenn sie vom Werkstück gelöst werden.

Zum Fixieren tafelförmiger Werkstücke für spezielle Formen der Bearbeitung sind allgemein Vorrichtungen bekannt, die aus Elementen in Form selektiv ausfahrbarer Stangen bestehen, die am freien Ende mit einer Art Saugnapf versehen sind. In diesem Sinne beschreibt das Patent DE 1 903 576 C eine Vorrichtung aus manuell positionierbaren Stützen mit einem Haltenapf an ihrem freien Ende.

Weitere Beispiele für Vorrichtungen mit Haltestützen, die am freien Ende ein napfförmiges Auflageelement in Verbindung mit einer Lufteinrichtung aufweisen, sind die Patente GB 120697, US 3681834 A und EP 0069230 B1.

Den bislang bekannten Lösungen ist gemein, dass sie jeweils Stützstreben aufweisen, die ausschließlich linear beziehungsweise translatorisch bewegt werden können. Zudem sind in einigen Ausführungsvarianten für die Bewegung einer jeden Stützstrebe jeweils gesonderte Antriebe erforderlich, sodass damit ein erheblicher konstruktiver Aufwand einhergeht und die Herstellungskosten für eine derartige Vorrichtung erheblich sind.

Eine besondere Problematik besteht darüber hinaus häufig, wenn Werkstücke mit einer sehr komplexen Formgebung oder mit einer erheblichen Bauteilgröße in einen Werkstückträger einer Werkzeugmaschine eingespannt werden müssen, um sie zu vermessen oder zu bearbeiten. Bei der Bearbeitung kann es sich beispielsweise um spanende Verfahren, also um Fräsverfahren, Bohrverfahren oder Schneidverfahren handeln. Dabei dürfen die einzelnen Stützstreben oder Halterungen den Bearbeitungswerkzeugen nicht im Wege sein und müssen ferner das Werkstück möglichst in einer Weise einspannen, dass dieses, ohne Verformungen oder Eigenspannungen auszubilden, fixiert werden kann. Nur so kann eine qualitativ hochwertige und maßgenaue Bearbeitung des Werkstückes erfolgen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, auch komplexe Geometrien eines Werkstücks exakt und zuverlässig zu fixieren, um dessen Bearbeitung insgesamt zu vereinfachen und eine hohe Maßgenauigkeit zu erreichen. Darüber hinaus soll ein Rahmen zur Aufnahme des Werkstückes angegeben werden, der möglichst flexibel einsetzbar ist und mit kurzen Umrüstzeiten an unterschiedliche Werkstücke angepasst werden kann. Weiterhin sollte ein Verfahren angegeben werden, mit dem mindestens eine, in dem Rahmen aufgenommene Vorrichtung an die Struktur des Werkstücks angepasst werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 , 15 und 19.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstücks, bei dem die Vorrichtung mindestens eine Stützstrebe aufweist, deren dem Werkstück zugewandtes Ende mit einem an der Werkstückoberfläche mittelbar oder unmittelbar anliegenden Werkstückträger ausgestattet ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass das dem Werkstück gegenüberliegende Ende der Stützstrebe schwenkbar, rotierbar und in seiner axialen Länge veränderbar in einem Gehäuse der Vorrichtung gelagert ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine sehr flexible Anpassung der Vorrichtung an die Oberfläche und an spezielle Geometrien eines Werkstückes problemlos möglich. Durch die zusätzlich zu der translatorischen Bewegung mögliche Rotation und durch die Schwenkbarkeit können die Stützstreben sogar für Werkstücke eingesetzt werden, deren zu fixierende Oberfläche eine Wellenkontur mit unterschiedlichen Abmessungen der einzelnen Wellen und Täler aufweist. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch geeignet, das Werkstück in Bereichen zu fixieren, die bisher für eine Fixierung oder Einspannung nicht zugänglich waren. Ein sehr vorteilhaftes Beispiel für die Umsetzung der Rotation und/oder Schwenkbarkeit der Stützstreben ist darin zu sehen, dass die Stützstrebe an ihrem dem Werkstück gegenüberliegenden Ende ein Kugelgelenk aufweist. Mit einem Kugelgelenk lassen sich Rotations- und Schwenkbewegungen, also Bewegungen in mehreren Freiheitsgraden umsetzen. Der Aufbau eines derartigen Kugelgelenks ist verhältnismäßig einfach und platzsparend, was in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von besonderer Bedeutung ist.

Eine besonders einfache Ausführungsvariante eines derartigen Kugelgelenkes kann darin gesehen werden, dass das Kugelgelenk eine mit der Stützstrebe verbundene Lagerkugel aufweist, die in dem Gehäuse der Vorrichtung beweglich gelagert ist. Die Lagerkugel kann dabei auf die Stützstrebe aufgesetzt oder an der Stützstrebe ausgebildet sein. Mit Hilfe der Lagerkugel lassen sich nicht nur die erwähnten Rotations- und/oder Schwenkbewegungen der Stützstrebe auf einfache Weise realisieren. Es ist darüber hinaus auch möglich, eine Verstellung der Stützstrebe in axialer Richtung umzusetzen. Hierfür wird die Stützstrebe durch eine zentrale, kreiszylindrische Bohrung der Lagerkugel geführt, sodass die Stützstrebe die Lagerkugel durchdringt. Somit lässt sich mit einer verhältnismäßig einfachen Baugruppe sowohl eine axiale Bewegung der Stützstrebe, als auch eine Rotations und/oder Schwenkbewegung in beliebigen Richtungen umsetzen. Anders ausgedrückt handelt es sich hierbei um eine sehr einfach zu realisierende Maßnahme, die jedoch wesentliche Vorteile für die Vorrichtung und für die maßgenaue Lagerung und Fixierung des Werkstückes mit sich bringt.

Zur weiteren Verbesserung der Lagerungseigenschaften der Lagerkugel kann darüber hinaus eine Lagerschale vorgesehen werden, die die Lagerkugel in dem Gehäuse der Vorrichtung aufnimmt. Dabei ist es möglich, als Lagerschale eine Kunststoff-Lagerschale oder eine metallische Lagerschale zu verwenden. Die Auswahl der entsprechenden Werkstoffe für die Lagerschale richtet sich dabei nach den zu erwartenden Belastungen, die durch das einzuspannende beziehungsweise zu fixierende Werkstück zu erwarten sind. Da die Einstellung der Position der Stützstrebe der Vorrichtung in Anpassung an die Oberfläche des zu fixierenden Werkstücks möglichst flexibel sein muss, geht ein weiterführender Vorschlag der Erfindung dahin, die Lagerkugel mit mehreren, in ihre Mantelfläche eingebrachten Schlitzen auszustatten. Die Schlitze gestatten dabei eine zentripetale, also zum geometrischen Mittelpunkt der Lagerkugel hin gerichtete Verspannung der Lagerkugel, sodass aufgrund der damit gegebenen Elastizität der Lagerkugel Spanneinheiten unmittelbar an der Lagerkugel angreifen können, die dadurch die innerhalb der Lagerkugel geführte Stützstrebe in jeder gewünschten Position fixieren.

Der Verlauf der Schlitze der Lagerkugel wird dabei an die zu erwartenden Belastungen angepasst. So können beispielsweise die die Lagerkugel vollständig durchdringenden Schlitze mäanderförmig verlaufen oder abwechselnd, in zueinander entgegengesetzt orientierten Richtungen bis über den Äquator der Lagerkugel hinaus in die Lagerkugel eingebracht sein. Dabei sind andere Verlaufsformen der Schlitze selbstverständlich möglich, die sich aufgrund empirischer Erfahrungen oder anhand von Versuchen ergeben können, um möglichst optimale Einspannergebnisse der Stützstrebe zu erreichen.

Um die Stützstrebe in jeder gewünschten Position fixieren zu können, geht eine weiterbildende Maßnahme nach der Erfindung dahin, dass das Kugelgelenk und hier insbesondere die Lagerkugel zur Ausrichtung der Stützstrebe in einer zur Fixierung des Werkstücks geeigneten Position mittels eines pneumatischen, hydraulischen oder elektromagnetischen Spannmechanismus fixierbar ist. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass bevorzugt, aber nicht zwingend, keine mechanischen Spannmechanismen zum Einsatz kommen, sondern die Fixierung der Stützstreben in der gewünschten Position möglichst automatisiert erfolgen kann. So ist die Ausrichtung zum Beispiel automatisierbar, in dem ein programmgesteuerter Roboter die Stützstreben anhand vorgegebener CAD-Daten unmittelbar in ihrer für die Fixierung des Werkstücks geeigneten Position ausrichtet, sodass nach der auf diese Weise erfolgten Ausrichtung der Stützstreben der Spannmechanismus zum Einsatz kommt, der die Stützstreben im Bereich des Kugelgelenkes fixiert.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung dieser Lösung wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass der in dem Gehäuse der Vorrichtung aufgenommene Spannmechanismus zur sphärischen Klemmung der Lagerkugel des Kugelgelenks mindestens einen Kolben, insbesondere einen Pneumatikkolben, einen Federenergiespeicher mit Klemmbacken, einen Elektromagneten oder einen Hydraulikstößel aufweist. Gegebenenfalls kann hier auch ein Keilgetriebe mit einem Pneumatikkolben zum Einsatz kommen. Letztlich handelt es sich bei den Spannmechanismen um Vorrichtungen, die an der Außenoberfläche der Lagerkugel angreifen und diese in zentripetaler Richtung verspannen, sodass die in der Lagerkugel geführte Stützstrebe auf diese Weise fixiert wird.

In besonders einfacher Weise lässt sich das Werkstück mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixieren, wenn der Werkstückträger ein Kontursegment als Bestandteil einer Unterdruckerzeugungseinrichtung aufnimmt und das Kontursegment eine dieses durchdringende Saugleitung aufweist, deren Säugöffnung sich in einer zu dem zu fixierenden Werkstück komplementär ausgeführten Anlagefläche des Kontursegmentes befindet.

Anders ausgedrückt wird das Werkstück mit einem Unterdrück angesaugt und auf diese Weise lösbar an dem Kontursegment fixiert. Wenn in diesem Zusammenhang von einem„Unterdrück“ gesprochen wird, so bezieht sich diese Bezeichnung auf einen Druck, der geringer ist, als der Normalluftdruck. Vielfach wird in diesem Zusammenhang auch von einem „Vakuum“ gesprochen. In besonders vorteilhafter Weise verfügt das Kontursegment daher über eine das Kontursegment durchdringende Saugleitung, deren Säugöffnung sich in der zu dem Werkstück komplementär ausgeführten Anlagefläche des Kontursegmentes befindet. Kommt eine derartige Unterdruckerzeugungseinrichtung zum Einsatz, so kann es auch, jedoch nicht zwingend, von Vorteil sein, wenn das Kontursegment elastische Eigenschaften aufweist und hierfür aus einem entsprechenden Werkstoff besteht, bei dem es sich zum Beispiel um einen Kunststoff oder um einen Elastomerwerkstoff handeln kann. Geeignet erscheinen für diesen Zweck auch schaumstoffartige Werkstoffe.

Von Bedeutung ist bei Verwendung einer Unterdruckerzeugungseinrichtung jedoch zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks, dass eine Abdichtung gegenüber der Umgebung erfolgt. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß in die zu dem Werkstück komplementär ausgeführte Anlagefläche des Kontursegmentes eine Konturdichtung integriert, die die in der Anlagefläche vorhandenen Säugöffnungen umschließt, sodass dadurch eine Saugfläche des Kontursegments gebildet wird. Die Konturdichtung legt sich bevorzugt im Randbereich des Kontursegmentes an die Oberfläche des Werkstücks an.

Im einfachsten Fall kann die Konturdichtung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als ein in eine nutförmige Ausnehmung des Kontursegments eingesetztes Lippenprofil ausgeführt sein, wobei die nutförmige Ausnehmung in die dem Werkstück zugewandte Anlagefläche des Kontursegments integriert ist. Zum Beispiel ist es möglich, die Nut als L-förmige Nut auszuführen, in die ein Vakuum-Lippenprofil als Konturdichtung eingesetzt ist.

Da sich ein Unterdrück in besonders vorteilhafter Weise für die lösbare Fixierung des Werkstückes eignet, wird gemäß einer weiterbildenden Maßnahme der Erfindung vorgeschlagen, dass auch der Werkstückträger einen Bestandteil der Unterdruckerzeugungseinrichtung bildet und eine strömungsleitend mit der Saugleitung des Kontursegments verbundene Saugleitung aufweist. Auf diese Weise kann der Unterdrück über die Saugleitung des Werkstückträgers bis in das Kontursegment hineingeführt werden, wo er letztlich in der zuvor beschriebenen Weise zum Ansaugen des Werkstückes verwendet wird.

Die strömungsleitende Verbindung zu den vorhandenen Saugleitungen kann beispielsweise über einen Saugleitungsanschluss realisiert werden, der beispielsweise einen Bestandteil des Werkstückträgers bildet. Auf diese Weise ist der Saugleitungsanschluss leicht zugänglich, was insbesondere bei der Installation und bei Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten von Vorteil ist.

Eine besonders vorteilhafte Maßnahme ist gemäß der vorliegenden Erfindung alternativ zu dem Saugleitungsanschluss am Werkstückträger auch darin zu sehen, dass die Stützstrebe hohl ausgebildet ist und der Innenhohlraum der Stützstrebe als Saugleitung der Unterdruckerzeugungseinrichtung ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann der Innenhohlraum der Stützstrebe auch zur Aufnahme und Verlegung von Versorgungsleitungen dienen, was die gesamte Vorrichtung insgesamt sehr kompakt gestaltet und dazu beiträgt, Störquellen oder Beschädigungen an den Versorgungsleitungen zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden. Auf diese Weise werden externe Leitungsführungen vermieden, was die Strömungsführung beziehungsweise die Leitungsführung insgesamt wesentlich vereinfacht und zudem kostenintensive Bauteile einspart. Wird die Stützstrebe selbst als Bestandteil der Unterdruckerzeugungseinrichtung verwendet, so weist die hohl ausgeführte Stützstrebe hierfür an ihrem der Einspannseite gegenüberliegenden Ende einen Anschluss auf, der für die Kopplung mit der Unterdruckerzeugungseinrichtung zum Einsatz kommt. Im einfachsten Fall kann dies eine Bohrung sein, die den Anschluss der Unterdruckerzeugungseinrichtung beispielsweise über ein in die Bohrung eingebrachtes Gewinde aufnimmt.

Eine maßgebliche Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darüber hinaus auch darin zu sehen, dass der Werkstückträger ein Justierelement aufweist, das bei vollständig abgesenkter Stützstrebe in eine korrespondierende und zu dem Justierelement komplementär ausgeführte Aussparung des Gehäuses der Vorrichtung eingerückt ist.

Ein derartiges Justierelement dient der Kalibrierung der Vorrichtung. Ausgehend von der dadurch definierten„Nulllage“ kann die Vorrichtung im Anschluss hieran innerhalb eines räumlichen Koordinatensystems ausgerichtet und somit anhand vorgegebener CAD-Daten an die Oberfläche des zu fixierenden Werkstücks angepasst werden. Das Justierelement ist damit ein wesentliches Hilfsmittel für die automatisierte Einstellung der Vorrichtung in Anpassung an die Werkstü cko be rf I äch e .

Ein Rahmen zur Aufnahme mindestens einer Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Vorrichtung auf einer Tragplatte des Rahmens befestigt ist, die zur Gewährleistung der Schwenkbewegung der Stützstrebe eine geeignete Ausnehmung aufweist.

Wenn in diesem Zusammenhang von einer„geeigneten Ausnehmung“ gesprochen wird, so bedeutet dies, dass die Ausnehmung den zu erwartenden Bewegungsrichtungen der Stützstrebe der Vorrichtung in ihrer Geometrie angepasst ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des Rahmens ist dieser aus mehreren, austauschbaren Einzelrahmen zusammengesetzt, die gemeinsam der Kontur des zu fixierenden Werkstücks angepasst oder zumindest angenähert sind. Der Vorteil einer derartigen Ausführung eines Rahmens besteht in seiner Modulbauweise, die flexibel an wechselnde Werkstücke angepasst werden kann. Der Aufwand für die Lagerung der Einzelrahmen ist dabei vertretbar gering. Die Lagerung des Werkstücks kann insgesamt durch einen derartigen Rahmen optimiert werden.

Der Modulbauweise des Rahmens entsprechend wird darüber hinaus gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Einzelrahmen lösbar miteinander verbunden sind. Als lösbare Verbindungen werden dabei bevorzugt Schnelllösemechanismen eingesetzt, sodass der Rahmen innerhalb kurzer Umrüstzeiten an ein anderes Werkstück angepasst werden kann. Der Rahmen ist damit sehr flexibel zu handhaben und lässt sich für sehr unterschiedliche Einsatzzwecke verwenden.

Hinsichtlich der Handhabung des Rahmens ist es von besonderem Vorteil, wenn jeder Einzelrahmen aus einer Vielzahl einzelner Streben besteht und damit fachwerkartig und in einer Leichtbauweise ausgeführt ist. Eine derartige Leichtbauweise schließt beispielsweise die Ausführung des Rahmens aus Leichtbauwerkstoffen, wie Aluminium oder Messing ein. Damit kann der Rahmen insgesamt und jeder Einzelrahmen im Besonderen gewichtssparend ausgeführt werden, was sich beispielsweise positiv beim Austausch von Einzelrahmen oder während ihres Transports auswirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lagerung eines zu bearbeitenden

Werkstücks auf einem mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen ausgestatteten Rahmen ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

-Kalibrierung einer neutralen Ausgangslage sämtlicher, in dem Rahmen vorhandener Vorrichtungen, indem bei gelöstem Spannmechanismus die

Stützstrebe jeder Vorrichtung, mittels eines anhand von CAD-Daten

programmgesteuerten Roboters soweit abgesenkt wird, dass das an dem

Werkstückträger vorhandene Justierelement vollständig in der

korrespondierenden Aussparung des Gehäuses der Vorrichtung aufgenommen ist,

-ausgehend von der damit definierten Neutrallage der Vorrichtung bewegt der Roboter anschließend die Stützstrebe soweit, dass der Werkstückträger eine durch die CAD-Daten vorgegebene Lagerungsposition für das Werkstück einnimmt,

-Aktivierung der einzelnen Spannmechanismen, sodass die Vorrichtungen in ihrer eingestellten Position fixiert sind,

-Auflage des Werkstücks auf die in dem Rahmen ausgerichteten Werkstückträger der einzelnen Vorrichtungen und

-Fixierung des abschließend zu bearbeitenden Werkstücks mit Hilfe der vorhandenen Unterdruckerzeugungseinrichtung.

Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine nahezu vollständige Automatisierung des Einspannens und des Wechsels eines Werkstücks möglich wird, wobei auch die Zusammensetzung des Rahmens aus mehreren Einzelrahmen in Anpassung an das zu lagernde Werkstück automatisiert werden kann, wenn programmgesteuerte Roboter zum Einsatz kommen. Der besondere Vorteil der hier vorgestellten Lösung besteht jedoch darin, dass die konstruktiv vorgegebenen CAD-Daten eines Werkstücks unmittelbar dazu genutzt werden können, die erforderlichen Vorrichtungen in den Rahmen einzusetzen und diese anschließend mittels des Roboters auszurichten, sodass sie der zu lagernden Oberfläche des zu bearbeitenden oder zu vermessenen Werkstücks insgesamt optimal angepasst sind. Das Werkstück kann damit spannungsfrei und toleranzfrei fixiert werden, was einen erheblichen Vorteil für die Qualität der Vermessung oder Bearbeitung des Werkstückes darstellt.

Nach der Aktivierung der einzelnen Spannmechanismen und der damit bewirkten Fixierung der einzelnen Vorrichtungen in ihrer eingestellten Position und vor der Auflage des Werkstücks auf die in dem Rahmen ausgerichteten Werkstückträger der einzelnen Vorrichtungen wird erfindungsgemäß durch den Roboter die exakte Positionierung der einzelnen Vorrichtungen mit ihren jeweiligen Werkstückträgern noch einmal vermessen und somit die exakte Einstellung zur Aufnahme des Werkstückes kontrolliert.

Insbesondere die Automatisierung sämtlicher Vorgänge liegt vorliegend im Sinne der Erfindung, weshalb bevorzugt mindestens ein Roboter zum Einsatz kommt, der hier sämtliche oder überwiegende Tätigkeiten übernimmt. So kann der Roboter beispielsweise auch das Auflegen des Werkstückes auf die Werkstückträger der Vorrichtungen durchführen. Natürlich ist jedoch auch ein manuelles Auflegen des Werkstückes weiterhin möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen dabei keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung eines Prinzips der Erfindung. Gleiche oder gleichartige Bauteile werden stets mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind.

Es zeigt:

Figur 1 : eine Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden

Werkstückes als isolierte Baueinheit in räumlicher Ansicht,

Figur 2: ausschnittsweise den Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung aus Figur 1 ,

Figur 3: eine in räumlicher Ansicht dargestellte Lagerkugel zur

Verwendung in einer Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstücks,

Figur 4: beispielhaft eine Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines zu

bearbeitenden Werkstückes mit einem Kontursegment und einem darauf gelagerten Werkstück in einer teilweise geschnittenen Ansicht,

Figur 5: mehrere Vorrichtungen in unterschiedlichen Positionen für die

Fixierung eines Werkstücks,

Figur 6: ein zu fixierendes Werkstück mit einer gekrümmten Oberfläche in einer räumlichen Ansicht,

Figur 7: ein Einzelrahmen als Bestandteil eines Rahmens zur Aufnahme mindestens einer Vorrichtung,

Figur 8: ein Rahmen mit mehreren darin aufgenommenen Vorrichtungen,

Figur 9: der Rahmen aus Figur 8 mit einem durch die Vorrichtungen

fixierten Werkstück

und

Figur 10: ein aus mehreren Einzelrahmen zusammengesetzter Rahmen zur

Aufnahme eines Werkstücks.

Die Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur lösbaren Fixierung eines hier nicht dargestellten Werkstücks 2. Die Vorrichtung 1 weist eine Stützstrebe 3 mit einem an ihrem oberen, freien Ende befestigten Werkstückträger 5 auf. Die Stützstrebe 3 ist in einem Gehäuse 6 um ihre Längsachse rotierbar, schwenkbeweglich und entlang ihrer axialen Richtung verschiebbar gelagert. Für die Lagerung der Stützstrebe 3 kommt vorliegend ein Kugelgelenk 7 zum Einsatz, dessen Lagerkugel 8 in dem Gehäuse 6 aufgenommen ist. Die Lagerkugel 8 weist in ihrer Mantelfläche mehrere, in axialer Richtung verlaufende und über ihren Umfang verteilt angeordnete Schlitze 10 beziehungsweise 11 auf. Durch die Schlitze 10, 11 kann die Lagerkugel 8 in zentripetaler Richtung, also zu ihrem geometrischen Mittelpunkt hin, verspannt werden, was im vorliegenden Fall mit einem in der Figur 1 nicht gezeigten Spannmechanismus 13 erfolgt, der vor Verunreinigungen geschützt in dem Gehäuse 6 aufgenommen ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Stützstrebe 3 innerhalb des Kugelgelenks 7 zu verdrehen, zu verschwenken und die Stützstrebe 3 zusätzlich in Richtung ihrer axialen Erstreckung zu bewegen, sodass die Stützstrebe 3 in mehreren Bewegungsrichtungen verstellbar ausgeführt und in jeder beliebigen Position durch die Verspannung der Lagerkugel 8 fixierbar ist. Auf diese Weise kann die Stützstrebe 3 optimal an den Verlauf der Oberfläche des Werkstücks 2 angepasst werden. An ihrem werkstückseitigen Ende weist die Stützstrebe 3 den Werkstückträger 5 auf, der bei dem dargestellten Beispiel zusätzlich über einen Saugleitungsanschluss 22 verfügt, mittels dessen eine Verbindung zu einer Unterdruckerzeugungseinrichtung der Vorrichtung 1 besteht. Dies hat zur Folge, dass über die Saugleitung 21 des Werkstückträgers 5 ein Unterdrück an ein auf dem Werkstückträger 5 angeordnetes, in der Figur 1 jedoch nicht gezeigtes Kontursegment 14 weitergeleitet werden kann. Zur Verbindung des Werkstückträgers 5 mit dem nicht dargestellten Kontursegment 6 dient die Oberfläche 32 des Werkstückträgers 5, die zugleich dessen Oberseite bildet, wobei die Fixierung des Kontursegments 14 an dem Werkstückträger 5 zum Beispiel über ein Nullpunktspannsystem erfolgen kann. Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist jedoch noch weitere Besonderheiten auf. So ist beispielsweise an dem Werkstückträger 5 ein Justierelement 43 ausgebildet, dessen Kontur passgenau in eine hierzu korrespondierende Aussparung 35 in dem Gehäuse 6 einrückt, wenn die Stützstrebe 3 sich in ihrer axial untersten Position befindet. Das Justierelement 43 weist dabei eine Höhe h auf, die der Tiefe der Aussparung 35 entspricht. Die vollständig in die Aussparung 35 eingerückte Position des Justierelements 43 dient der Kalibrierung der gesamten Vorrichtung 1 und kann in diesem Fall auch als „Nullposition“ bezeichnet werden. Von hier ausgehend werden mithilfe eines räumlichen Koordinatensystems exakt die Anlagepunkte an der Oberfläche des zu lagernden beziehungsweise zu fixierenden Werkstückes im Raum definiert und bestimmt.

Eine weitere Besonderheit der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung 1 zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstücks 2 besteht darüber hinaus darin, dass die Stützstrebe 3 zumindest partiell hohl ausgebildet ist und demzufolge einen Innenhohlraum 23 aufweist. Dieser Innenhohlraum 23 kann für verschiedene Einsatzzwecke genutzt werden. So ist es zum Beispiel möglich, den Innenhohlraum 23 als Zuleitung der Unterdruckerzeugungseinrichtung einzusetzen, sodass er einen Bestandteil dieser Unterdruckerzeugungseinrichtung bildet. Hierfür weist die hohl ausgebildete Stützstrebe 3 an ihrem dem Werkstück 2 abgewandten Ende einen Saugleitungsanschluss 33 auf, bei dem es sich im einfachsten Fall um eine Bohrung mit einem Gewinde für die Fixierung eines entsprechenden Saugleitungsanschlusses handeln kann.

Eine weitere Möglichkeit der Verwendung des Innenhohlraumes 23 besteht in der Verlegung von Versorgungsleitungen, bei denen es sich um elektrische Leitungen, um Pneumatikleitungen oder andere handeln kann. Diese Art der Verlegung hat den Vorteil, dass die Versorgungsleitungen vor Beschädigungen geschützt sind und außerdem im Außenbereich der Vorrichtung 1 beispielsweise bei der Bearbeitung des zu fixierenden Werkstücks 2 nicht hinderlich sind.

Aus der Figur 2 geht ausschnittsweise der Innenraum des Gehäuses 6 der Vorrichtung 1 aus Figur 1 hervor, sodass die in dem Gehäuse 6 aufgenommenen Bestandteile der Vorrichtung 1 erkennbar werden. Hieraus wird deutlicher erkennbar, als dies im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 1 möglich war, dass die Stützstrebe 3 eine Lagerkugel 8 durchdringt, die entlang ihrer Mantelfläche eine Vielzahl darin eingebrachter Schlitze 10, 11 aufweist. Das dadurch gebildete Kugelgelenk 7 ist in diesem Fall in einer Lagerschale 9 in dem Gehäuse 6 aufgenommen, sodass die Stützstrebe 3 sowohl in axialer Richtung verstellbar, als auch drehbar und schwenkbar in mehreren Richtungen in dem Gehäuse 6 gelagert ist. Die bereits erwähnten Schlitze 10, 1 1 in der Lagerkugel 8 ermöglichen eine zentripetale Verspannung der Lagerkugel 8, um damit die Stützstrebe 3 in dem Gehäuse 6 zu fixieren. Hierfür dienen mehrere Spannmechanismen 13, von denen die Vorrichtung 1 in Figur 2 insgesamt drei, jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnete Spannmechanismen 13 aufweist. Erkennbar wird aus der Darstellung der Figur 2 ferner, dass jeder der Spannmechanismen 13 einen Pneumatikkolben 36 aufweist, dessen Funktion nachfolgend im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 4 noch näher erläutert wird. Da die Spannmechanismen 13 im vorliegend dargestellten Beispiel pneumatische Einrichtungen sind, benötigen diese Versorgungsleitungen, über die ein pneumatischer Druck zugeführt wird. Diese Versorgungsleitungen 34 sind in der Figur 2 beispielhaft erkennbar und können anstelle der dargestellten Verlegung auch innerhalb der Stützstrebe 3 entlanggeführt werden, wenn diese einen Innenhohlraum 23 aufweist, also hohl ausgeführt ist.

Der Figur 3 ist eine Lagerkugel 8 als separiertes Einzelteil und in einer räumlichen Darstellung entnehmbar. Die hier gezeigte Lagerkugel 8 weist eine Mantelfläche 38 auf, die im Wesentlichen die Kugelform der Lagerkugel 8 bestimmt und deren geometrischer Äquator 12 die Mantelfläche 38 mittig teilt. Die Lagerkugel 8 ist zudem hohl ausgebildet, sodass sie einen kreiszylindrischen Innenraum 37 aufweist. Der Innenraum 37 der Lagerkugel 8 dient der Aufnahme der Stützstrebe 3 in der zuvor bereits beschriebenen Weise. Durch den kreiszylindrisch geformten Innenraum 37 und die kugelförmige Mantelfläche 38 weist die Lagerkugel 8 als obere und untere Begrenzung je eine Mantelringfläche 44 auf, von der in der Figur 3 lediglich die obere, dem Werkstückträger 5 zugewandte Mantelringfläche 44 dargestellt ist. Die Besonderheit der Lagerschale 8 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 besteht darin, dass in die Mantelfläche 38 der Lagerschale 8 einander entgegengesetzt verlaufend mehrere Schlitze 10 und 1 1 eingebracht sind, die die Mantelfläche 38 in radialer Richtung vollständig durchdringen. Dabei gehen die Schlitze 10 hierbei von der oberen Mantelringfläche 44 aus und verlaufen bis über den Äquator 12 hinaus. Umgekehrt verlaufen die Schlitze 11 von der unteren, in der Figur 3 nicht näher bezeichneten Mantelringfläche 44 ausgehend ebenfalls bis über den Äquator 12 der Lagerkugel 8 hinaus. Durch diese spezielle Verlaufsform der Schlitze 10, 11 wird eine Elastizität der Lagerkugel 8 erreicht, die eine zentripetale Bewegung der durch die Schlitze 10, 1 1 gebildeten Segmente der Lagerkugel 8 durch die über die Spannmechanismen 13 aufgebrachte Spannkraft ermöglicht. Auf diese Weise kann die in der Lagerkugel 8 geführte Stützstrebe 3 in jeder beliebigen Position fixiert werden.

In der Figur 4 ist beispielhaft eine Vorrichtung 1 zur lösbaren Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstückes 2 mit einem Kontursegment 14 und dem darauf gelagerten Werkstück 2 in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt. Bei dem Kontursegment 14 handelt es sich um ein auf dem Werkstückträger 5 fixiertes Bauteil, dessen dem Werkstück 2 zugewandte Anlagefläche 17 exakt der Kontur des zu fixierenden Werkstücks 2 angepasst ist und somit mit seiner komplementär zu der Werkstückoberfläche 4 ausgeführten Anlagefläche 17 an der korrespondierenden Werkstückoberfläche 4 anliegt. Durch eine Unterdruckerzeugungseinrichtung wird dabei ein Unterdrück erzeugt, der über die Saugleitung 15 des Kontursegments 14 das Werkstück 2 ansaugt, sodass dieses durch den damit gegebenen Saugdruck an dem Kontursegment 14 lösbar fixiert wird. Das Kontursegment 14 weist ferner eine um die Saugleitung 15 herum verlaufende Konturdichtung 18 auf, die in eine passende, nutförmige Ausnehmung 20 des Kontursegments 14 eingesetzt ist und damit um die Saugleitung 15 herum eine Saugfläche 19 schafft, wie sie besser in Figur 8 erkennbar ist. Korrespondierend zu der Saugleitung 15 weist auch der Werkstückträger 5 eine Saugleitung 21 auf, sodass über den vorhandenen Saugleitungsanschluss 22 an dem Werkstückträger 5 der für die Fixierung des Werkstücks 2 erforderliche Unterdrück erzeugt und bis zu der Saugfläche 19 geführt werden kann. Die den Werkzeugträger 5 und das Kontursegment 14 aufnehmende Stützstrebe 3 der Vorrichtung 1 ist dabei an ihrer dem Werkstück 2 abgewandten Seite mit der bereits beschriebenen Lagerkugel 8 ausgestattet, die von der Stützstrebe 3 vollständig durchdrungen wird. Die Lagerkugel 8 ist bei dieser Ausführung unmittelbar in einer Lagerfläche des Gehäuses 6 der Vorrichtung 1 gelagert, sodass dadurch das Kugelgelenk 7 gebildet wird. Die einzelnen Bewegungsmöglichkeiten der Stützstrebe 3 sind in der Figur 4 durch die Doppelpfeile A, B und C symbolisiert, wobei der der Doppelpfeil „A“ die Rotationsbewegung, der Doppelpfeil „B“ eine Schwenkbewegung und der Doppelpfeil„C“ die axiale Bewegungsmöglichkeit der Stützstrebe 3 symbolisiert. Um der Stützstrebe 3 ihre Bewegungsfreiheit zu ermöglichen, weist die die Vorrichtung 1 aufnehmende T ragplatte 24 eines später noch näher zu erläuternden Rahmens 25 eine Ausnehmung 26 auf, deren Öffnungsbereich durch den Winkel a angedeutet ist. Nachdem die Stützstrebe 3 der Vorrichtung 1 in der für die Einspannung des Werkstückes 2 erforderlichen Position ausgerichtet ist, tritt der Spannmechanismus 13 in Kraft, sodass die Lagerkugel 8 aufgrund ihrer Elastizität in zentripetaler Richtung verspannt wird und damit die Stützstrebe 3 in der vorgegebenen Position fixiert. Der Spannmechanismus 13 weist hierfür einen Pneumatikkolben 36 auf, der in Kombination mit einem Klemmelement 39 in Richtung des Pfeils D bewegt werden kann und damit gegen die Oberfläche der Lagerkugel 8 wirkt, sodass dadurch die erwünschte Klemmwirkung erreicht wird. Da insgesamt drei, um jeweils 120° versetzt zueinander angeordnete Spannmechanismen 13 an der Vorrichtung 1 vorhanden sind, wird die Lagerkugel 8 sehr gleichmäßig gespannt, sodass dadurch eine sehr gleichmäßige und zuverlässige Fixierung der Stützstrebe 3 möglich ist.

Die Figur 5 zeigt mehrere Vorrichtungen 1 in unterschiedlichen Positionen, wie sie für die Fixierung eines in der Figur 5 nicht dargestellten Werkstücks 2 erforderlich sein können. Dabei sind sämtliche, der gezeigten Vorrichtungen 1 in einer gemeinsamen Tragplatte 24 eines Rahmens 25 gelagert. Durch die Darstellung der Figur 5 soll lediglich veranschaulicht werden, dass die Stützstreben 3 der einzelnen Vorrichtungen 1 sowohl in axialer Richtung C, als auch in beliebigen Schwenk- und Rotationsrichtungen A, B bewegt werden können, da sie über das Kugelgelenk 7 innerhalb der Lagerkugel 8 aufgenommen sind.

Aus der Figur 6 geht lediglich beispielhaft ein zu fixierendes Werkstück 2 mit einer gekrümmten Oberfläche in einer räumlichen Ansicht und als isoliertes Einzelteil hervor. Dieses spezielle Werkstück 2 verfügt über eine Werkstückinnenoberfläche 40, an der mehrere, parallel zueinander verlaufende Spanten 41 angebracht sind. Die der Werkstückinnenoberfläche 40 gegenüberliegende Werkstückoberfläche 4 wurde bereits im Zusammenhang mit der Darstellung in Figur 4 erwähnt. Diese Werkstückoberfläche 4 wird durch den Werkstückträger 5 beziehungsweise das auf dem Werkstückträger 5 fixierte Kontursegment 14 fixiert.

In der Figur 7 ist ein Einzelrahmen 27 dargestellt, der einen Bestandteil eines bevorzugt aus mehreren Einzelrahmen 27, 28 bestehenden Rahmens 25 bildet, wobei jeder Einzelrahmen der Aufnahme mindestens einer Vorrichtung 1 dient. Für die Aufnahme der einzelnen Vorrichtungen 1 weist der Einzelrahmen 27 mehrere geometrisch gleiche Ausnehmungen 26 auf, die in eine T ragplatte 24 eingearbeitet sind, die den oberen Abschluss des Einzelrahmens 27 bildet. Der Tragplatte 24 gegenüberliegend befindet sich eine Grundplatte 31 des Einzelrahmens 27, sodass durch die zwischen der T ragplatte 24 und der Grundplatte 31 vorhandenen Streben 29 eine stabile Fachwerkkonstruktion gebildet wird, die von zahlreichen Öffnungen 30 unterbrochen ist. An den seitlichen Randbereichen weist der Einzelrahmen 27 verschiedene Anschlusselemente 42 auf, über die er mit weiteren Einzelrahmen 27, 28 gekoppelt und somit zu einem Rahmen 25 zusammengesetzt werden kann. In besonders bevorzugter Weise besteht jeder Einzelrahmen aus einem Leichtbauwerkstoff, wie beispielsweise Aluminium, damit er möglichst einfach zu transportieren ist.

Aus der Figur 8 geht ein Rahmen 25 hervor, der im dargestellten Beispiel aus zwei gleichartig aufgebauten Einzelrahmen 27, 28 modulartig zusammengesetzt ist. In der oberen Tragplatte 24 des Rahmens 25 sind zahlreiche Ausnehmungen 26 vorhanden, die der Aufnahme je einer Vorrichtung 1 dienen. Durch die Ausnehmungen 26 wird die Schwenkbewegung der Stützstreben 3 innerhalb des Rahmens 25 ermöglicht. Dabei ist zu beachten, dass jede Vorrichtung 1 ein Gehäuse 6 aufweist, in dem die Spannmechanismen 13 sowie die Kugelgelenke 7 vor Verunreinigungen geschützt aufgenommen sind. Wie aus der Darstellung in Figur 8 ferner erkennbar wird, weisen die Stützstreben 3 der in dem Rahmen 25 aufgenommenen Vorrichtungen 1 unterschiedliche Positionen auf, sodass sie das im Zusammenhang mit der Figur 6 beschriebene Werkstück 2 aufnehmen können und die mit den Vorrichtungen 1 verbundenen Kontursegmente 14 sich der Werkstückinnenoberfläche 4 optimal anpassen können. Hierfür weisen die Kontursegmente 14 der einzelnen Vorrichtungen 1 unterschiedliche Geometrien auf. Gemein ist jedoch sämtlichen Kontursegmenten 14, dass diese auf der der Werkstückoberfläche 4 des Werkstücks 2 zugewandten Seite jeweils eine Saugleitung 15 aufweisen, die in eine Säugöffnung 16 mündet, die an die Unterdruckerzeugungseinrichtung angeschlossen ist und einen Unterdrück im Bereich der dadurch gebildeten Saugfläche 19 bildet. In der in Figur 8 gezeigten Ausführungsvariante eines Rahmens 25 sind nicht in sämtliche, der vorhandenen Ausnehmungen 26 Vorrichtungen 1 eingesetzt. Dies hängt damit zusammen, dass der Rahmen 25 flexibel für unterschiedliche Werkstücke 2 verwendet werden kann. Die vorhandenen Vorrichtungen 1 bilden hierbei eine Matrix, die der Fläche des zu fixierenden und zu bearbeitenden Werkstücks 2 entspricht. Anhand der Darstellung in Figur 8 ist auch vorstellbar, dass auf die Kontursegmente 14 in ihrer speziellen, der gekrümmten Werkstückoberfläche 4 des Werkstücks 2 angepassten Anordnung und Geometrie das Werkstück 2 passend aufgesetzt werden kann und anschließend mittels der Unterdruckerzeugungseinrichtung mit einem Unterdrück fixiert wird. Auf diese Weise kann das Werkstück 2 auf der der gekrümmten Werkstückoberfläche 4 gegenüberliegenden

Werkstückinnenoberfläche 40 beziehungsweise in seinen Randbereichen bearbeitet werden.

Die Figur 9 zeigt die beiden miteinander verbundenen Einzelrahmen 27, 28, die im vorliegenden Fall den Rahmen 25 bilden und im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 8 bereits erläutert wurden, jedoch mit einem durch die Vorrichtungen 1 fixierten Werkstück 2, wie es im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 6 bereits erläutert wurde. Daraus wird ersichtlich, dass das Werkstück mit seiner gekrümmten Werkstückoberfläche 4 auf den komplementär hierzu geformten Kontursegmenten 14 aufliegt und durch die Unterdruckerzeugungseinrichtung angesaugt wird. Somit ist das Werkstück 2 lösbar auf den vorhandenen Vorrichtungen 1 fixiert und kann auf seiner Werkstückinnenoberfläche 40 beziehungsweise in seinen Randbereichen bearbeitet werden.

Die Figur 10 zeigt schließlich einen aus mehreren unterschiedlich gestalteten Einzelrahmen 27 und 28 zusammengesetzten Rahmen 25 zur Aufnahme eines Werkstücks 2. Dabei entsprechen die Einzelrahmen 27 den zuvor bereits beschriebenen Einzelrahmen. Hingegen weisen die Einzelrahmen 28 hier im Unterschied einen trapezförmigen Querschnitt auf, sodass der zusammengesetzte Rahmen 25 eine Oberfläche mit ebenen und geneigten Abschnitten aufweist. Hier kann ein gekrümmtes Werkstück 2 optimal gelagert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Vorrichtung

2 Werkstück

3 Stützstrebe

4 Werkstückoberfläche

5 Werkstückträger

6 Gehäuse

7 Kugelgelenk

8 Lagerkugel

9 Lagerschale

10 Schlitz

11 Schlitz

12 Äquator (der Lagerkugel)

13 Spannmechanismus

14 Kontursegment

15 Saugleitung (des Kontursegments)

16 Säugöffnung (des Kontursegments)

17 Anlagefläche (des Kontursegments)

18 Konturdichtung

19 Saugfläche

20 Ausnehmung (Nut)

21 Saugleitung (des Werkstückträgers)

22 Saugleitungsanschluss (am Werkstückträger)

23 Innenhohlraum (der Stützstrebe)

24 T ragplatte

25 Rahmen

26 Ausnehmung (der Tragplatte des Rahmens)

27 Einzelrahmen

28 Einzelrahmen

29 Streben

30 Öffnungen FORTSETZUNG BEZUGSZEICHENLISTE

31 Grundplatte

32 Oberfläche (des Werkstückträgers)

33 Saugleitungsanschluss (an der Stützstrebe)

34 Versorgungsleitungen

35 Aussparung

36 Pneumatikkolben

37 Innenraum

38 Mantelfläche

39 Klemmelement

40 Werkstückinnenoberfläche

41 Spanten

42 Anschlusselemente

43 Justierelement

44 Mantelringfläche

h Höhe

A, B, C, D Bewegungsrichtungen

a Schwenkwinkel