Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form, insbesondere zum Einspannen eines Werkstücks für eine fräsende oder drehende Bearbeitung.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind diverse Spannvorrichtungen bekannt. Bei der Herstellung hochwertiger Fassadenelemente müssen oft sehr große oder lange Werkstücke wie z.B. tonnenschwere Metallprofile mit geringen Stückzahlen bearbeitet werden. Hierdurch ist ein hoher Rüstaufwand bei der Positionierung und Einspannung der Werkstücke mit speziell entwickelten und hergestellten Spannwerkzeugen notwendig, wodurch die Lagerlogistik erschwert und Arbeits- und Materialkosten anfallen. Weiterhin ist es praktisch unmöglich, mit an sich starr ausgebildeten und massiven Spannbacken mit unveränderlichen Spannseiten ein unregelmäßiges und teilweise mechanisch empfindliches Werkstück einzuspannen.

Beispielsweise offenbart die DE 42 39 180 A1 eine Spannvorrichtung mit einem Formspannbacken. Die Spannvorrichtung weist eine Vielzahl von länglichen Spannstößeln auf, die längsverschiebbar sind und gegen eine beliebige Kontur eines Werkstücks als Spannseite angelegt werden können.

Hierdurch ist es unter anderem möglich, die Spannstößel mit Kammern eines mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten und untereinander kommunizierenden Systems zu verbinden. Durch eingebaute Ventile kann eine Flüssigkeitsleitung in dem System für jeden Spannstößel unterbrochen werden. Hierdurch wird ermöglicht, die Spannstößel in einer beliebig eingestellten Stellung zu arretieren. Weitere ähnliche Spannbacken mit beliebig formveränderlichen Spannseiten sind beispielsweise in der EP 899 061 A2 und der DE 196 31 847 A1 beschrieben.

Des Weiteren ist in der DE 7114487 U eine magnetische Spannvorrichtung bekannt. Die Spannvorrichtung nimmt eine Einspannung mittels ferromagnetischer Partikel wahr, die in einem Behälter angeordnet sind. In diesen Behälter kann ein weitgehend frei geformtes Werkstück eingebracht werden und die magnetischen Partikel durch Anlegen eines Magnetfeldes dieses Werkstück fest ein.

Weiterhin offenbart die US 10 730 641 B2 ein System zum Herstellen von Rumpfsektionen. Mit dem System können durch Ausüben von Kräften Formen der Rumpfsektionen in gewünschte Formen geändert werden, so dass die erste Rumpfsektion mit der zweiten Rumpfsektion formangepasst verbunden sein kann. Durch eine Metrologievorrichtung des Systems kann ein Unterschied zwischen den aktuellen Formen und den gewünschten Formen der ersten oder zweiten Rumpfsektion bestimmt werden. Durch eine Steuervorrichtung sind Kräfte zum Erzeugen der gewünschten Formänderungen zu identifizieren. Die erste Rumpfsektion kann durch eine Haltestruktur eines ersten Gestells für Formbearbeitung gehalten werden. Um die Kräfte auf die erste Rumpfsektion auszuüben, sind im ersten Gestell ferner Aktoren angeordnet, wobei ein Motor und ein in Richtung bewegbares Element im Aktor angeordnet sind. Diese Rumpfsektion wird durch eine feste und nicht einstellbare Haltestruktur gehalten. Die Aktoren dienen zur Ausübung der Verformungskräfte. In der US 10 730 641 B2 ist nicht erläutert, ob sich während eines Verformungsprozesses der Rumpfsektion die Aktoren lösen und bewegen können. Da die Aktoren nicht als Spannflächen dienen, können die Aktoren ebenso nicht mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft ein- und ausfahren.

In der DE 698 38 588 T2 ist eine computergesteuerte Stiftmodulanordnung, die zum Formen von beispielsweise Lagenmaterialien eingesetzt wird, dargestellt. Die Stiftmodulanordnung umfasst mindestens eine Basis und eine Mehrzahl von Stiften, die an der Basis befestigt sind. Die Stifte sind mit Antriebsmotoren verbunden, wobei jeder Antriebsmotor mit einer Steuerung vorgesehen ist. Damit sind durch Steuerung der Antriebsmotoren die Stifte relativ zueinander bewegbar. Somit können rasche Konturänderungen an den Materialien ermöglicht werden. Die Stiftmodulanordnung in der DE 698 38 588 T2 ist ebenfalls eine reine Konturbearbeitungsvorrichtung, also nicht eine Spannvorrichtung, wobei die Stifte Verformungskräfte ausüben können.

Die DE 197 55 517 C1 stellt Spannbacken für eine Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken dar. Die Spannbaken können in Richtung zu und voneinan- der bewegen. Spannseiten der Spannbacken werden durch eine Mehrzahl von Spannstösseln gebildet, die gegenüber einem Grundkörper der Spannbacken bewegbar geführt werden können. Die Spannstössel sind gemeinsam durch einen einzigen Stellvorgang einer Arretierungseinrichtung in ihrer Spannstellung relativ zum Grundkörper lösbar fixiert. Die Spannbacken sind auf die Geometrie eines bestimmten Werkstücks eingestellt. Damit kann nur eine beliebige Anzahl von identischen Werkstücken in einer Serienfertigung zur Bearbeitung gehalten werden. Um ein Werkstück mit andersartiger Geometrie aufzunehmen, wird die Arretierungseinrichtung zuerst gelöst und werden die Spannstössel an eine Werkstückkontur angepasst.

In der DE 20 2004 002 982 U1 ist eine Kniehebelspannvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz-Industrie gezeigt, die einen schwenkbaren Spannarm und einen Spannkopf aufweist. Im Spannarm sind Einzelklemmkörper angeordnet, die durch eine Hubbewegung eines Kolbens verschiebbar sind. In der DE 20 2004 002 982 U1 wird keine Spannvorrichtung mit Spannflächen, die während einer Bearbeitung eines Werkstücks frei einstellbar sind, offenbart.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass eine Vielzahl von Ventilen bzw. Aktoren verbaut sind, oder dass vordefinierte Aktorbewegungen der in den Spannbacken fest eingebauten Spann-Aktoren mit Spannstößel vorgesehen sind. Weiterhin ergibt sich das Problem, dass ein zu bearbeitendes Werkstück nur in einer vorgefertigten, also nicht frei einstellbaren Haltestruktur gehalten werden können. Damit muss die Haltestruktur an jedes vorzunehmende Arbeitsverfahren angepasst werden. Dies führt zu hohen Herstellkosten der Spannbacken und einer aufwendigen Wartung, da eine Vielzahl von Ventilen und Aktoren verbaut sind.

Daneben ist eine Verwendung einer Vielzahl von Spannstößel bzw. Aktoren in einer vorgefertigten Halterung nachteilig, da die Halterung an die jeweilige Maschine bzw. an das vorzunehmende Arbeitsverfahren angepasst werden muss. Somit werden hohen Herstellkosten verursacht und eine breite Nutzung der zur Verfügung stehenden individuellen Spannvorrichtungen wird verhindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein modulares Spannsystem vor- zuschlagen, womit die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, um ein Herstellverfahren und eine Wartung zu vereinfachen, eine hohe Flexibilität zu ermöglichen und eine existierende Maschine einfach nachzurüsten.

Diese Aufgabe wird durch ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein modulares Spannsystem zum Spannen eines Werkstückes mit einer beliebigen Form, insbesondere für eine fräsende oder drehende Bearbeitung vorgeschlagen. Das Spannsystem umfasst:

- zumindest eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten des Werkstücks, insbesondere Daten bezüglich der Werkstückpositionen, Werkstücklagen und Verformungszustände des Werkstücks,

- zumindest eine, insbesondere mehrere Spannflächen umfassende Spannvorrichtung, wobei die Spannvorrichtung zumindest eine Aktoreinrichtung umfasst, die entlang einer Aktorführung in einer Verschieberichtung relativ zu einer Grundeinrichtung der Spannvorrichtung die Spannfläche bzw. die Spannflächen verschiebbar und an die Kontur des zu spannenden Werkstücks heranfahrbar und anlegbar bewegen kann, wobei die Aktoreinrichtung mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft ein- und ausfahren kann,

- zumindest eine Steuervorrichtung, die die Aktoreinrichtung der Spannvorrichtung in einer gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann, wobei die Aktoreinrichtung während einer Bearbeitung des Werkstücks aktiv bleiben kann, und

- zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Steuerung einer Position der Aktoreinrichtung auf Basis der Daten der Erfassungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuervorrichtung verbunden ist. Somit wird ein „intelligentes“ Spannsystem zur Verringerung eines Rüstaufwandes und zur Flexibilisierung von Lagerlogistik ermöglicht, die modular einsetzbar ist. Das Spannsystem kann zum Spannen eines Werkstücks mit einer beliebigen Form eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist das Spannsystem möglichst unabhängig von einer Geometrie eines meist fräsend und drehend zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet. Es kann vorteilhaft bei einer Metall- oder Holzbearbeitung wie z.B. bei einer Herstellung hochwertiger Fassadenelemente oder Turbinenschaufeln das Spannsystem eingesetzt werden. Das Spannsystem ist so flexibel, dass auch bestehende Altanlagen dadurch aufgerüstet werden können.

Durch das erfindungsgemäße Spannsystem wird ermöglicht, dass ein Werkstück mit einer beliebigen Form mittels des Spannsystems für eine fräsende oder drehende Bearbeitung gespannt werden kann. Mit anderen Worten ist das Spannsystem möglichst unabhängig von einer Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet. Ein Anwender kann Aktoreinrichtungen des Spannsystems an nahezu frei wählbaren Positionen anbringen. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass ein Ein- und Ausfahren der Aktoreinrichtung mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Spannlänge und einer Spannkraft erfolgen kann, so dass der Energieverbrauch von den Aktoreinrichtungen zugeordneten elektrischen Motoren optimiert und reduziert werden kann. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Aktoreinrichtungen während einer Bearbeitung eines Werkstücks aktiv bleiben, d.h. nicht in herkömmlicher Weise mechanisch verriegelt werden. Dadurch ist es möglich, dass zumindest ein Aktoreinrichtung, insbesondere zumindest ein Paar Aktoreinrichtungen, während der Bearbeitung gelöst werden kann, um eine neue Position einzunehmen. Somit wird die Bearbeitung an den Stellen, die bis dahin von der Spannvorrichtung verdeckt sind, ermöglicht, und ist gleichzeitig ein sicherer Halt des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt gegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Spannsystem können somit ein Herstellverfahren und eine Wartung eines Spannsystems vereinfacht, eine hohe Flexibilität ermöglicht und eine existierend Maschine einfach nachgerüstet werden.

Weiterhin kann jeder Anwender entweder manuell über Bohrungen in Metallplatten bzw. Gehäusen oder automatisch über einen magnetischen Kontakt zwischen den Aktoreinrichtungen und einem Spannschlitten die Aktoreinrichtungen des Spannsystem anbringen. Dabei kann ein Anwender die Aktuatorvorrichtungen an nahezu frei wählbaren Positionen anbringen und manuell oder automatisch gesteuert ein für die jeweilige Bearbeitungssituation angepassten Spannsystem modular zusammensetzen. Auch ist durch die magnetische Halterung der Spannvorrichtungen möglich, die Spannvorrichtung zunächst an dem zu spannenden Werkstück zu befestigen, dieses in eine Bearbeitungsmaschine einzufahren, und anschließend die Akturvorrichtungen zentral gesteuert auszufahren um sich in Spannschlitten der Bearbeitungsmaschine zu verankern.

Die Spannvorrichtung umfasst zumindest eine Grundeinrichtung und zumindest eine, insbesondere mehrere Aktoreinrichtungen, deren Spannflächen sich an die Kontur des zu spannenden Werkstücks anlegbar bewegen können. Damit können die Spannflächen relativ zu den Grundeinrichtungen verschoben und das Werkstück in einer festgelegten Stellung festgehalten werden. Die Aktoreinrichtungen sind entlang der Aktorführung verschiebbar und können durch eine Arretierungseinrichtung festgelegt werden.

Die Aktoreinrichtungen sind länglich ausgebildet, die sich bevorzugt entlang einer vertikalen Achse eines Führungsstiftes, eines Zylinders, einer Schraube, eines länglichen Gewindes oder entlang einer Hülse, die gegebenfalls ein Gewinde besitzt, bewegen.

Das Spannsystem wirkt an mehreren Positionen mittels der Aktoreinrichtungen auf das Werkstück ein. Jede Aktoreinrichtung umfasst eine bewegliche Einheit, die entweder selbstständig oder von außen gesteuert ein- und ausfahren werden kann. Die Aktoreinrichtungen können aus einem oder mehreren nah beieinander oder vereinzelt montierten, elektrisch betätigten Stempeln ausgebildet sein. Die zerspanende oder fräsende Bearbeitung des Werkstücks kann danach mittels eines Bearbeitungswerkzeugs erfolgen. Ein Ein- und Ausfahren der Aktoreinrichtung kann mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Spannlänge und der Spannkraft erfolgen.

Weiterhin kann die Steuervorrichtung in Abhängigkeit der von der Erfassungsvorrichtung erfassten Daten in Verbindung mit den im Spannsystem hinterlegten CAD- Daten die Aktoreinrichtungen ansteuern. Es ist vorteilhaft, dass die Aktoreinrichtungen während einer Bearbeitung aktiv bleiben, d.h. nicht in herkömmlicher Weise mechanisch verriegelt werden. Es ist weiterhin möglich, dass zumindest ein Paar Aktoreinrichtungen während der Bearbeitung gelöst werden, um eine neue Position einzunehmen. Dadurch werden die Bearbeitung an den Stellen, die bis dahin von der Spannvorrichtung verdeckt sind ermöglicht, und gleichzeitig ist ein sicherer Halt des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt gegeben. Weiterhin können die Aktoreinrichtungen entweder in dem vorgefertigten Spannschlitten oder individuell in nachträglichen Bohrungen befestigt sein.

Durch die Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgt eine zentrale oder dezentrale Steuerung der Aktoreinrichtungen. Vorteilhafterweise ist eine Kombination der Steuerungssignale möglich, so dass die Aktoreinrichtungen untereinander und / oder mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung Daten austauschen kann, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung Positionen jeder einzelnen Aktoreinrichtung drahtgebunden beispielsweise über eine elektrische Verbindung oder drahtlos steuern kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Spannsystems kann die Aktoreinrichtung zumindest eine Basiseinheit und zumindest eine an der Basiseinheit wechselbar anbringbare, auf der Basiseinheit aufschraubbare Aufsatzeinheit umfassen, wobei bevorzugt ein Endabschnitt der Aufsatzeinheit eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweist, und die Spannfläche umfasst. Der Endabschnitt der Aufsatzeinheit kann mit verschiedenen Geometrien vorgesehen sein. Der Endabschnitt kann eine runde, ballige, spitze oder planare Geometrie aufweisen. Auf einer Oberfläche der Aktoreinrichtung, insbesondere an einem Endabschnitt, können sich Sensoren verschiedener Art, wie z.B. Kraftsensoren oder Kontaktsensoren befinden. Weiterhin kann eine aufsteckbare Kappe aus verschiedenen Materialien zum Schutz der Sensoren und des Werkstücks aufgesetzt werden. Weiterhin kann die Aktoreinrichtung, bevorzugt der Endbereich, insbesondere eine aufsteckbare Kappe, mit einem durch die Steuervorrichtung durchführbare Erfassung, insbesondere eine optische Erfassung erlaubendes Material beschichtet werden, wobei das Material bestimmte Wellenlängen eines elektromagnetischen Spektrums reflektieren kann. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest einen Sensor zum Erfassen der Daten des Werkstücks umfassen. Die Daten können nach Wunsch die Daten der Werkstückpositionen, der Werkstücklagen und der Verformungszustände umfassen. Ein elektrischer Sensor kann als Sensor der Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Spannungen und Strömen vorgesehen sein. Weiterhin kann ein chemischer Sensor angeordnet sein, der selektiv auf eine Verbindung oder Verbindungsklassen reagieren kann, wobei hierzu auch "elektronische Nasen" gehören.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Sensor als Drucksensor, Kraftmesssensor, Drehratensensor, Beschleunigungssensor, Gas- und Feuchtigkeitsmesssensor, Temperatursensor und / oder Kontaktsensor ausgebildet sein. Der Gasmesssensor kann zum Erfassen von Daten beispielsweise eines Sauerstoffs und Wasserstoffs angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung in der Aktoreinrichtung, insbesondere in der Aufsatzeinheit integriert sein. Die Sensoren, die in der Erfassungsvorrichtung erhalten sind, können vorteilhaft in der Aufsatzeinheit platzsparend angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Aufsatzeinheit auswechselbar. Die aufschraubbare Aufsatzeinheit dient entweder zu einer reinen Verlängerung oder zum Beinhalten bei Bedarf zusätzliche Funktionen wie z.B. die Sensoren, Stromversorgungseinrichtungen, Elektronik, Kommunikationselektronik oder Identifizierungsmerkmale wie z.B. RFID-Chips oder Farbkodierungen. Durch einen einfachen Wechsel der aufschraubbaren Aufsatzeinheit kann schnell und einfach eine Funktionalität oder Einsatzfähigkeit hinzugefügt oder entfernt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Kamera umfassen. Somit kann eine optische Kontrolle und Bildauswertung erfolgen, auch kann im Sinne von Industrie 4.0 jeder Arbeitsschritt protokolliert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Erfassungsvorrichtung zumindest eine Übermittlungseinrichtung zum aktiven und / oder passiven Übertragen der Daten des Werkstücks an die Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, wobei die Übermittlungseinrichtung als drahtgebundene oder drahtlose Übermitt- lungseinrichtung, insbesondere Funk-, WLAN- oder RFID-Übermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Die Aktoreinrichtung mit einer Möglichkeit zur drahtlosen Verbindung kann zumindest eine Einheit zum Empfang, und wahlweise eine weitere zusätzliche Einheit zum Senden von Steuersignalen zur Steuerung eines elektrischen Motors und zur Übermittlung der Daten aus den Sensoren umfassen. Die Übermittlung der Steuersignale kann über Schnittstellen beispielsweise Bluetooth, WLAN, Funksignale oder NFC-Technik erfolgen. Die Aktoreinrichtung kann wahlweise zusätzlich mit den Sensoren und der Elektronik ausgestattet sein, wobei die Sensoren bevorzugt Parameter für die Werkstückbearbeitung und für die Spannungen erfassen können.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Aktoreinrichtung als Spannstößel ausgebildet sein, wobei bevorzugt zumindest eine Erfassungsvorrichtung in dem Spannstößel umfasst ist. Der Spannstößel kann bevorzugt aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, einer Stahllegierung, Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Alternativ kann der Spannstößel aus verschiedenen Materialien, bevorzugt aus einer Kombination aus einem Kunststoff und einem Metall bestehen.

Weiterhin kann der Spannstößel rund oder eckig ausgebildet sein. Bevorzugt weist der Spannstößel dabei eine Quaderform, Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder eines hexagonalen Prismas auf .Es sind auch Mischformen und fließende Übergänge verschiedener Querschnittsformen möglich. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Befestigung der Sensoren, der Energielieferanten, der Farbmarkeirungen oder der RFID-Einheiten an oder in dem Spannstößel möglich ist.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannfläche der Aktoreinrichtung einen Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu einem Meter aufweisen. Grundsätzlich gibt es keine Größenbeschränkung. Allerdings ist bei Größen von weniger als 8 mm des Durchmessers eine Befestigung einer Energie- Empfangs-, Sende-, Antriebs- und Sensoreinheit aufwendig. Die Aktoreinrichtung kann mit einem Durchmesser bis zu 3 mm aufgebaut werden. In der Regel ist die Aktoreinrichtung mit dem Durchmesser von 8 mm bis zu 2 cm ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Spannflächen der zumindest einen, insbesondere mehreren Aktoreinrichtungen nah beieinander angeordnet sein, insbesondere die Abstände der Spannflächen geringer als die Durchmesser der Spannflächen sein. Damit ist es möglich, das Werkstück mit der beliebigen Form präzis einzuspannen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung außerhalb von Spannwerkzeugen, insbesondere als Haltevorrichtung, zur Ladungssicherung einsetzbar sein. Es ist denkbar, das modulare Spannsystem in Transportfahrzeugen, Güterzügen, Lastwagen oder ähnliches zur Transportsicherung einzusetzen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Spannvorrichtung mittels Magnetkraft oder Haftkraft an eine vorgefertigten Spannschlitten, an einer Spannbacke und / oder unmittelbar an einem zu spannenden Werkstück und an einem weiteren Abstützpunkt befestigbar sein. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, keine Bohrung im Spannschlitten für die Aktorführung notwendig zu sein. Die Magnetkraft kann permanentmagnetisch oder mittels Elektromagnete aufgebracht werden. Ein Strom der Elektromagnete kann adaptiv abhängig von einer aufgebrachten Spannkraft adaptiv eingestellt werden.

Vorteilhaft kann eine Spannung durch eine Hubbewegung eines Spannschlittens und einer zusätzlichen Bewegung der einen oder der Vielzahl von Aktoreinrichtung erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine Kraftsteuereinheit in der Aktoreinrichtung umfasst sein, so dass eine vordefinierbare Haltkraft der Aktoreinrichtung festlegbar und an eine durch die Bearbeitung des Werkstücks auftretende Kraft anpassbar ist. Die gegenüber liegenden Spannvorrichtungen können während der Bearbeitung derart angesteuert werden, um Haltekräfte der Aktoreinrichtungen an durch die Bearbeitung auftretende Kräfte anzupassen, so dass eine Verformung, insbesondere eine Verbiegung des Werkstücks verhindert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann für jede Aktoreinrichtung zumindest ein elektrischer Motor, insbesondere ein Elektromotor und / oder zumindest eine Energiequelle zum Antrieb des elektrischen Motors und / oder zumindest ein Signalempfänger umfasst sein. Der Signalempfänger kann entweder in der Aktoreinrichtung integriert sein oder einen oder mehrere Aktoreinrichtungen am Ort mit einem Strom versorgen. Ist letzteres der Fall, gibt es wiederum eine Energieübertragungsverbindung von dem Signalempfänger zur jeweiligen Aktoreinrichtung. Dies kann beispielsweise über ein Kabel, einen elektrisch leitender Pfad oder über eine Induktionsschnittstelle erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Energiequelle mit dem elektrischen Motor drahtgebunden oder drahtlos bevorzugt über Funktechnik verbunden sein. Dazu kann ein Transmitter bzw. ein Sender die Energie in Form von Funkwellen mit einer Frequenz beispielsweise zwischen 5,850 und 5,875 GHz im Giga-Herz-Band (GHz) aussenden. Der Signalempfänger kann die Energie in elektrische Energie umwandeln. Beispielsweise kann mit einem Gerät der Firma Energous Corporation die Energie bis zu 10 W bezogen auf den Signalempfänger übertragen werden. Die Übertragungstechnik kann eine Reichweite bis zum 100 m, bevorzugt von 50 m, insbesondere von 2 bis 10 m vom Sender zum Signalempfänger erreichen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine primäre oder sekundäre elektrochemische Batterie und / oder zumindest eine Brennstoffzelle und / oder zumindest ein Kondensator und / oder zumindest eine Induktionsspule und / oder zumindest eine Kabelverbindung in der Energiequelle umfasst sein. Die Energie kann eingesetzt werden, um den elektrischen Motor anzutreiben, die Elektronik und die vorhandenen Sensoren zu versorgen. Beispiele für primäre und sekundäre Energiezellen sind Batterien, Lithiumbatterien, Zink-Luft-Batterien, Brennstoffzellen, insbesondere Brennstoffzellen, die Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Ameisensäure, Paraformaldehyd oder Oxymethylenderivate, sogenannte OME wie Dimethoxymethan oder Polyoxymethylenderivate wie der Kunststoff POM zu verwenden. Im Falle der Verwendung der Brennstoffzellen können Kombinationen der Energielieferanten verwendet werden. Beispielsweise liefert eine Direktmethanolbrennstoffzelle einen geringen Strom und lädt damit einen sekundären Energiespeicher wie Lithiumbatterie oder einen Kondensator auf. Weiterhin können die Energielieferanten für Stellantrieb der Aktoreinrichtung und für die Sensorik sowie die Steuerung voneinander verschieden sein. Dazu können die Sensorik und die Datenübermittlungseinrichtung über die oben beschriebene Funktechnik energetisch versorgt werden, während der Stellantrieb und die Verriegelung über die davor beschriebenen Energielieferanten erfolgen können. Ausgehend davon ergibt sich der Vorteil einer großen Redundanzminderung insbesondere ergibt sich die Möglichkeit der Verwendung von Sensoren nahe an einem Endabschnitt der Aktoreinrichtung.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Signalempfänger entweder in jeder Aktoreinrichtung integriert oder separat von der Aktoreinrichtung angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Hubbewegung der Aktoreinrichtung mechanisch / hydraulisch und / oder pneumatisch und / oder elektrisch erfolgen. Beispielsweise kann auch ein Druckübersetzer oder ein elektrischer Antrieb mit Kugelrollenspindel eingesetzt werden. Zur Überwindung langer Hübe ist es sinnvoll, das Werkstück auf einem Linear- oder Flachbettschlitten zu montieren. Der Linearschlitten kann aus einem beweglichen Gehäuse und zwei festgeschraubten Traversen bestehen.

ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform von Anordnungen von mehreren Spannvorrichtungen eines Spannsystems gemäß einer Ausführungsform, die ein Werkstück einspannen;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung in Vergrößerung; Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung zwei sich entgegenwirkenden Spannvorrichtungen des Spannsystems der Fig. 1 ;

Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung zwei in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung mit einem eingespannten Werkstück;

Fig. 5 Seitenansicht der in Fig. 4 dargestellten entgegenwirkenden Spannvorrichtungen mit dem Werkstück;

Fig. 6 Schematische Draufsicht eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung Spannstößel eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 8 Seitenansicht einer Aktoreinrichtung eines Spannsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 9a - 9d Vorderansicht der in Fig. 8 dargestellte Aufsatzeinheiten mit verschiedenen Spitzenformen.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.

Fig. 1 stellt ein Spannsystem 10, das vier modulare Spannvorrichtungen 14 umfasst, dar. Jede Spannvorrichtung 14 besteht aus einer Grundeinrichtung 12 und mehrere, in diesem Fall acht Aktoreinrichtungen 18 und ist über eine Energiezuführung 76 mittels einer Kabelverbindung 74 mit einer nicht dargestellten Energiequelle verbunden. Ein Werkstück 16 kann mittels der Spannvorrichtungen 14 eingespannt werden, wobei jeweils zwei Spannvorrichtungen 14 entgegenwirkend einspannend auf zwei entgegengesetzten Seiten des Werkstücks 16 angeordnet sind.

Gemäß Fig. 2 kann die Spannvorrichtung 14 mittels Magnetkraft oder Haftkraft an einem Spannschlitten 60 befestigt sein. Hierdurch kann die Spannvorrichtung 14 modular sehr einfach auf ferromagnetische Spannschlitten oder sonstigen Auflageflächen angeordnet werden. Die Aktoreinrichtungen 18 jeder Spannvorrichtung 14 können nach Fig. 3 auf eine vorgegebene Spannkraft wahlweise ausfahren, wobei die Gegenkraft variabel und von einer Bearbeitung und vom Werkstück 16 abhängig sein kann. Eine einmal eingestellte Position mit einer Ein- und Ausfahrroutine und einer Spannkraft kann für eine Serienfertigung von einer zentralen Steuerung für ein nächstes Werkstück 16 übernommen werden. Jede Aktoreinrichtung 18 umfasst einen Endabschnitt 44, der eine Zylinderform aufweist.

In Fig. 4 und 5 sind jeweils zwei entgegenwirkende Aktoreinrichtungen 18 entlang einer Aktorführung (nicht gezeigt) in einer Verschieberichtung B relativ zu den Grundeinrichtungen 12 der Spannvorrichtungen 14 verschiebbar und können an die Kontur A des Werkstücks 16 heranfahrbar und anlegbar bewegt werden. Das auf dem Spannschlitten 60 befestigte Werkstück 16 wird zwischen der Vielzahl der Aktoreinrichtungen 18 der paarweise entgegengesetzt wirkenden Spannvorrichtungen 14 in einer Spannstellung verspannt.

Ein in Fig. 6 schematisch dargestelltes Spannsystem 10 umfasst acht auf einer Auflagevorrichtung 52 befestigte, und paarweise entgegengerichtete Spannvorrichtungen 14, die jeweils an axialen Enden der Aktoreinrichtungen 18 Spannflächen 28 aufweisen. Die Spannvorrichtungen 14 des Spannsystems 10 sind innerhalb eines Spannwerkzeuges 40 eingesetzt, um ein Werkstück 16 z.B. für eine spannende Bearbeitung zu fixieren. Die Aktoreinrichtungen 18 der Spannvorrichtungen 14 sind in einer Verschieberichtung B relativ zu Grundeinrichtungen 12 verschieblich, so dass die Spannflächen 28 an die Kontur A eines Werkstücks 16 angelegt werden können. In dem Spannsystem 10 ist weiterhin eine Steuervorrichtung 24 vorgesehen, die die Aktoreinrichtung 18 in eine gewünschte beliebige Position fahrbar und arretierbar steuern kann. Daneben ist eine Kamera 50 als Erfassungsvorrichtung 36 in dem Spannsystem 10 zum Erfassen von Daten des Werkstücks 16, insbesondere Daten bezüglich der Werkstückposition, Werkstücklage und Verformungszustand des Werkstücks 16 angeordnet.

Eine Aktoreinrichtung 18 kann einen Spannstößel 22 gemäß Fig. 7 umfassen, wobei der Spannstößel 22 eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweisen kann. Auch sind Mischformen möglich.

In Fig. 8 ist eine mehrteilige Aktoreinrichtung 18 dargestellt. Die Aktoreinrichtung 18 besteht aus einer Basiseinheit 46 und einer an der Basiseinheit 46 wechselbar anbringbaren, auf der Basiseinheit 46 aufschraubbaren Aufsatzeinheit 48. Die Basiseinheit 46 und/oder die Aufsatzeinheit 48 kann eine Querschnittsform aufweisen, die der Form des Spannstößels 22 der Fig. 7 entspricht.

Gemäß Fig. 9a bis 9d ist die Aufsatzeinheit 18 der Fig. 8 mit einem Endabschnitt 44, das verschiedene Längsformen aufweisen kann, dargestellt. Der Endabschnitt 44 kann eine Quaderform, eine Zylinderform, eine Form eines trigonalen Prismas oder hexagonalen Prismas aufweisen.

Bezugszeichenliste

10 Spannsystem

12 Grundeinrichtung

14 Spannvorrichtung

16 Werkstück

18 Aktoreinrichtung

22 Spannstößel

24 Steuervorrichtung

28 Spannfläche

36 Erfassungsvorrichtung

40 Spannwerkzeug

44 Endabschnitt

46 Basiseinheit

48 Aufsatzeinheit

50 Kamera

52 Auflagevorrichtung

60 Spannschlitten

74 Kabelverbindung

76 Energiezuführung

A Kontur

B Verschieberichtung