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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren und Niederhalten
eines Werkstückes an einer Auflage gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
automatischen Montageprozessen, z. B. in der Kraftfahrzeugindustrie
ist es häufig erforderlich, Werkstücke genau zu
positionieren, z. B. um diese Werkstücke durch Punktschweißen
zu verbinden oder Kleber und Dichtungen automatisch aufzutragen.
Flächige dünne Werkstücke, z. B. Bleche
oder Kunststoffteile, die keine ausreichende Eigensteifigkeit aufweisen,
müssen dabei nicht nur in ihrer Fläche positioniert
werden, sondern auch senkrecht zu ihrer Fläche an einer
Auflage festgehalten werden. Hierzu dienen Vorrichtungen, bei welchen
an einer Auflage für das Werkstück Zentrierstifte
vorgesehen sind, die definierte Bohrungen des Werkstückes durchgreifen,
um das Werkstück auf der Auflage zu positionieren. Die
Zentrierstifte sind mit Spannmitteln versehen, die das Werkstück
gegen die Auflage spannen und an der Auflage niederhalten.
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Aus
der
DE 10 2005
043 613 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten
Gattung bekannt, bei welcher ein Zentrierstift durch ein erstes
Fluidaggregat axial betätigbar ist und bei der axialen
Bewegung ein zweites Fluidaggregat mitnimmt. Mittels des ersten
Fluidaggregats wird der Zentrierstift in einer Auflage hochgefahren,
so dass ein Werkstück mit seiner Bohrung auf den Zentrierstift
aufgesetzt werden kann. Durch das zweite Fluidaggregat werden Spannelemente
radial aus dem Zentrierstift ausgefahren, um das Werkstück
zu übergreifen. Der Zent rierstift wird mit den ausgefahrenen
Spannelementen mittels des ersten Fluidaggregats niedergezogen, um
das Werkstück gegen die Auflage zu spannen. Nachteilig
ist dabei, dass die Spannelemente in dem Zentrierstift radial verschiebbar
gelagert sind. Der Durchmesser des Zentrierstiftes muss daher deutlich größer
sein als die radiale Ausfahrlänge der Spannelemente. Dies
bedeutet einen für bestimmte Anwendungen ungünstig
großen Durchmesser des Zentrierstiftes und ein für
bestimmte Anwendungen ungünstiges geringes Übergreifen
des Werkstückes durch die Spannelemente.
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Aus
der
DE 297 18 643
U1 ist eine Vorrichtung zum Positionieren und Niederhalten
eines Werkstückes an einer Auflage bekannt, bei welcher
in dem Zentrierstift schwenkbar gelagerte Spannhebel nach dem Kniehebelprinzip
durch ein Fluidaggregat ausgeschwenkt werden. Die Schwenkbewegung
der Spannhebel bewirkt dabei auch das Niederhalten des Werkstückes
an der Auflage. Entsprechend der Schwenkbewegung der Spannhebel
ist nur ein relativ geringer axialer Weg für den Niederhaltehub
möglich. Die Werkstücke müssen daher
in der Niederhalterichtung bereits mit relativ geringer Toleranz
positioniert werden. Außerdem eignet sich die Vorrichtung wenig
für das aufeinandergestapelte Positionieren von zwei Werkstücken,
die z. B. miteinander verschweißt oder verklebt werden
sollen. Die Ausbildung der Spannhebel als zweiarmige Hebel führen ebenfalls
zu einem relativ großen Durchmesser des Zentrierstiftes.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Positionieren
und Niederhalten eines Werkstückes an einer Auflage zur
Verfügung zu stellen, die mit einem kleinen Durchmesser
des Zentrierstiftes und einem variablen großen Niederhaltehub
realisiert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Antriebsaggregate
auf. An der Auflage ist ein Hauptzylinder angeordnet, dessen fluidbetätigter Kolben
eine Kolbenstange bewegt, die an ihrem die Auflage durchgreifenden
Ende den Zentrierstift aufweist bzw. als Zentrierstift ausgebildet
ist. An der Kolbenstange ist ein Hilfsaggregat angeordnet, welches mit
der Kolbenstange mitbewegt wird. Das Hilfsaggregat ist vorzugsweise
ebenfalls eine fluidbetätigte Zylinder-Kolben-Anordnung
oder kann auch mit einem Hubmagneten ausgebildet sein. Mittels des
Hilfsaggregats wird koaxial geführt eine Druckstange in der
Kolbenstange bewegt, mit welcher wenigstens eine Zunge als Spannelement
betätigt wird. Dabei ist die Zunge als einarmiger Hebel
schwenkbar an dem Ende der Druckstange angelenkt. In der Grundstellung
ist die Druckstange in der Kolbenstange zurückgezogen,
so dass die Zunge in den Zentrierstift hineingezogen ist und im
Wesentlichen axial in dem Zentrierstift liegt. Wird zum Spannen
des Werkstückes die Druckstange in Richtung des Zentrierstiftes vorgeschoben,
so wird die Zunge aus dem Zentrierstift seitlich herausgelenkt,
was durch eine Führung bewirkt wird, die das freie Ende
der Zunge aus der zum Zentrierstift axialen Grundstellung um etwa
90° in eine radial aus dem Zentrierstift herausragende Stellung
verschwenkt. Die Führung ist insbesondere als eine Kulissenführung
ausgebildet. In einer bevorzugten einfachen Ausführung
weist die Zunge einen Längsschlitz auf, durch welchen ein
Drehzapfen hindurchgreift, der in dem Zentrierstift quer zu dessen Mittelachse
und exzentrisch zu dessen Mittelachse angeordnet ist. Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann der Zentrierstift mit einem geringen Durchmesser
ausgebildet sein, weil die wenigstens eine Zunge in der Grundstellung
in Längsrichtung des Zentrierstiftes in diesem aufgenommen
wird. Die Länge der Zunge und der Durchmesser des Zentrierstiftes
sind weitgehend voneinander unabhängig, so dass auch bei
einem kleinen Durchmesser des Zentrierstiftes eine Zunge mit einer
relativ großen radial abstehenden Länge realisiert
werden kann. Der Hubantrieb der Kolbenstange mit dem Zentrierstift
durch den Hauptzylinder ist unabhängig von dem Verschwenken
der Zunge durch das Hilfsaggregat. Es können somit auch
große Niederhaltehubbewegungen realisiert werden, so dass
die Vorrichtung den verschiedenen Anwendungszwecken sehr flexibel angepasst
werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen
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1 einen
Axialschnitt durch die Vorrichtung in der Grundstellung zum Einlegen
eines Werkstückes,
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2 einen 1 entsprechenden
Axialschnitt der Vorrichtung in der Spannstellung,
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3 eine
vergrößerte Teildarstellung der 1 und
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4 eine
vergrößerte Teildarstellung der 2.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung
dazu ein Werkstück 12 an einer Auflage 7 positioniert
zu spannen, wobei die Auflage 7 beispielsweise in einer
Grundplatte 4 seiner Montageeinrichtung angebracht ist.
Das Werkstück 12 weist eine definierte Bohrung 13 auf,
die in der nachfolgend beschriebenen Weise zur Positionierung und zum
Niederhalten des Werkstückes 12 dient.
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Unter
der Grundplatte 4 ist an der Auflage 7 ein Hauptzylinder 3 angebracht,
in welchem gesteuert fluidbetätigt ein Kolben 14 axial
senkrecht zur Grundplatte 4 bewegbar ist. Eine Kolbenstange 5 des Kolbens 14 ragt
axial nach oben und nach unten aus dem Hauptzylinder 3.
Auf dem oberen Ende der Kolbenstange 5 ist ein koaxial
in der Auflage 7 geführter Schaft 6 befestigt,
z. B. aufgeschraubt. Der Schaft 6 verjüngt sich
nach oben in einen axial durch die Auflage 7 hindurchragenden
Zentrierstift 8. An seinem oberen Ende ist der Zentrierstift 8 durch
eine konische Kappe 9 abgeschlossen. An dem dem Schaft 6 entgegengesetzten
unteren Ende der Kolbenstange 5 ist ein Hilfsaggregat angebracht,
welches aus einem mit der Kolbenstange 5 verschraubten
Hilfszylinder 1 besteht, in welchem fluidbetätigt
ein Kolben 15 bewegbar ist. Mit dem Kolben 15 ist
eine Druckstange 2 verbunden, z. B. verschraubt, die koaxial verschiebbar
in der Kolbenstange 5 geführt ist.
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Das
dem Hilfszylinder 1 entgegengesetzte obere Ende der Druckstange 2 ragt
axial verschiebbar in den hohlen Zentrierstift 8. An dem
stirnseitigen axialen Ende der Druckstange 2 ist eine Zunge 11 um eine
Schwenkachse 16 schwenkbar angelenkt, die senkrecht zur
Mittelachse der Druckstange 2 verläuft. Die Zunge 11 ist
mit ihrem einen Ende an der Druckstange 2 gelagert, während
ihr anderes freies Ende in einen achsparallelen schlitzförmigen
Wanddurchbruch 17 des Zentrierstiftes 8 greift.
Die als einarmiger gerader Hebel ausgebildete Zunge 11 weist
einen Längsschlitz 18 auf, der an beiden Enden
geschlossen ist und sich über die gesamte Länge
des schwenkba ren Teils der Zunge 11 erstreckt. Die Zunge 11 ist
mit diesem Längsschlitz 18 auf einem Drehzapfen 10 geführt,
der den Längsschlitz 18 durchsetzt. Der Drehzapfen 10 ist
in dem Zentrierstift 8 im Bereich des Wanddurchbruches 17 befestigt
und verläuft quer zur Mittelachse des Zentrierstiftes 8 und exzentrisch
zu dieser Mittelachse.
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Die
Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:
In der in den 1 und 3 gezeigten
Grundstellung ist der Zentrierstift 8 nach oben aus der
Auflage 7 hochgefahren, wozu die Kolbenstange 5 mittels
des Hauptzylinders 3 und des Kolbens 14 nach oben
gefahren ist, bis der Schaft 6 in der Auflage 7 anschlägt. Die
Druckstange 2 ist mittels des Hilfszylinders 1 und des
Kolbens 15 in der Kolbenstange 5 nach unten gezogen.
Dadurch ist das obere Ende der Druckstange 2 axial in den
Zentrierstift 8 hineingezogen. Dabei bewegt sich die Zunge 11 mit
ihrem Längsschlitz 18 auf dem Drehzapfen 10,
bis der Drehzapfen 10 am freien Ende der Zunge 11 an
dem Ende des Längsschlitzes 18 anschlägt,
wie in 3 zu sehen ist. Die Zunge 11 ist auf
diese Weise im Wesentlichen in Längsrichtung des Zentrierstiftes 8 ausgerichtet
und ist vollständig innerhalb der Außenumfangskontur
des Zentrierstiftes 8 aufgenommen. In dieser Grundstellung
der Vorrichtung kann ein Werkstück 12 mit seiner
Zentrierbohrung 13 auf den Zentrierstift 8 aufgesetzt
werden, wobei die konische Kappe 9 als Einfuhrhilfe dient.
Die vollständig in dem Zentrierstift 8 hineingezogene Zunge 11 behindert
das Aufsetzen des Werkstückes 12 nicht.
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Nach
dem Aufsetzen des Werkstückes 12 wird der Kolben 15 des
Hilfszylinders 1 so beaufschlagt, dass die Druckstange 2 in
der Kolbenstange 5 nach oben geschoben wird. Dadurch wird
die Schwenkachse 16 der Zunge 11 gegenüber
dem Drehzapfen 10 nach oben verschoben, so dass sich die
Zunge 11 mit ihrem Längsschlitz 18 auf
dem Drehzapfen 10 verschiebt. Dadurch bewegt sich das freie
Ende der Zunge 11 durch den Wanddurchbruch 17 nach
außen und wird gegenüber der Mittelachse des Zentrierstiftes 8 verschwenkt.
In der Endstellung der Druckstange 2 befindet sich die
Schwenkachse 16 im Wesentlichen in derselben axialen Position
wie der Drehzapfen 10, wie dies in den 2 und 4 gezeigt
ist, so dass die Zunge 11 im Wesentlichen radial und senkrecht
zur Mittelachse von dem Zentrierstift 8 absteht. Durch
die Schwenkachse 16 der Druckstange 2 und den
Drehzapfen 10 wird die Zunge 11 dabei gegen ein
Verschwenken fixiert gehalten.
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Sobald
die Zunge 11 ausgeschwenkt ist und das Werkstück 12 übergreift,
wird der Hauptzylinder 3 so beaufschlagt, dass sein Kolben 14 die
Kolbenstange 5 nach unten zieht. Dabei kommt die das Werkstück 12 übergreifende
Zunge 11 auf der Oberseite des Werkstückes 12 zur
Anlage und zieht dieses gegen die Auflage 7, so dass das
Werkstück 12 niedergehalten und an der Auflage 7 gespannt
ist. Diese Spannstellung ist in den 2 und 4 gezeigt.
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Zum
Abnehmen des Werkstückes 12 wird der Hilfszylinder 1 so
beaufschlagt, dass die Druckstange 2 wieder in die Kolbenstange 5 hinein
nach unten gezogen wird, so dass sich die Schwenkachse 16 gegenüber
dem Drehzapfen 10 nach unten bewegt und die Zunge 11 wieder
in den Zentrierstift 8 hineingezogen und hineingeschwenkt
wird in die in den 1 und 3 gezeigte
Position. Nun kann das Werkstück 12 unbehindert
durch die Zunge 11 von dem Zentrierstift 8 abgehoben
werden. Durch Beaufschlagung des Hauptzylinders 3 kann
der Zentrierstift 8 wieder in die in den 1 und 3 gezeigte Grundstellung
hochgefahren werden, so dass das nächste Werkstück 12 aufgesetzt
werden kann.
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- 1
- Hilfszylinder
- 2
- Druckstange
- 3
- Hauptzylinder
- 4
- Grundplatte
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Schaft
- 7
- Auflage
- 8
- Zentrierstift
- 9
- Kappe
- 10
- Drehzapfen
- 11
- Zunge
- 12
- Werkstück
- 13
- Bohrung
- 14
- Kolben
von 3
- 15
- Kolben
von 1
- 16
- Schwenkachse
- 17
- Wanddurchbruch
- 18
- Längsschlitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005043613
A1 [0003]
- - DE 29718643 U1 [0004]