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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fixieren
eines Bauteils während einer Wärmebehandlung vorzugsweise
zum Härten des Bauteils. Das Bauteil ist vorzugsweise ein
metallisches Bauteil. Die Vorrichtung, im Folgenden Fixiervorrichtung,
wird vorzugsweise zum Fixieren von Bauteilen verwendet, die gänzlich
oder bereichsweise aus beschussfestem Werkstoff bestehen. Die Fixiervorrichtung
setzt an geometrisch definierten Punkten an, die vorzugsweise durch
Berechnungssoftware ermittelt wurden, und wirkt der Verwindung- bzw.
der Verwerfung des jeweiligen Bauteils beim Wärmebehandlungsprozess
entgegen. Diese Ansatzpunkte, im Folgenden auch Auflagestellen,
werden vorteilhafterweise so gewählt, dass ihre Position am
Bauteil dazu beiträgt, dass sich das Bauteil durch die
Wärmebehandlung möglichst wenig verzieht.
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Bei
der Herstellung von hochfesten metallischen Bauteilen, insbesondere
von armierten Fahrzeugteilen, werden zunächst die Metallrohlinge
dreidimensional warmverformt und später in einem separaten
Wärmebehandlungsprozess gehärtet. Das Wärmebehandeln
von metallischen Bauteilen dient der Erhöhung seiner mechanischen
Widerstandsfähigkeit durch gezielte Änderung des
Materialgefüges. Hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften werden
insbesondere in der Fahrzeugarmierung gestellt, da die armierten
Fahrzeugteile zum einen die erforderliche Härte und zum
anderen die erforderliche Elastizität aufweisen müssen,
um ein Eindringen des Projektils ins Fahrzeuginnere zu vermeiden.
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Aus
den beiden Forderungen nach Harte und Elastizität ergeben
sich beim Wärmebehandlungsprozess Probleme hinsichtlich
der Maßhaltigkeit der Bauteile. Besonders problematisch
hinsichtlich eines Verzugs aufgrund Verwindung oder Verwerfung sind mehrlagige
Werkstoffe, die beispielsweise eine duktile Schicht für
die Elastizität, die Energiedissipation oder den Zusammenhalt
des Werkstoffs und eine harte Panzerungsschicht aufweisen. Beschussfeste Mehrlagenstähle,
beispielsweise Zweilagenstähle, sind bevorzugte Werkstoffe
für deren Fixierung die Vorrichtung geeignet sein und verwendet
werden soll. Beim Wärmebehandlungsprozess wird das Bauteil
zunächst in einen definierten Temperaturbereich gebracht
und anschließend in einer definierten Abkühlzeit
abgeschreckt. Dadurch können die geforderten Materialeigenschaften
der Bauteile erreicht werden. Im Wärmebehandlungsprozess
treten Bauteilspannungen auf, die zur Verwindung des Bauteils führen.
Eine hieraus resultierende unzureichende Maßhaltigkeit
der Bauteile führt insbesondere bei der Fahrzeugendmontage
zu erheblichen Problemen und erzeugt zusätzliche Kosten
für die Nachbearbeitung dieser Bauteile. Um die Maßhaltigkeit
des Bauteils zu gewährleisten, müssen Maßnahmen
getroffen werden, die Verformungen durch den Wärmebehandlungsprozess
entgegenwirken.
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Fixiervorrichtungen,
die das Bauteil vollflächig bzw. teilflächig umschließen
und dadurch während des Härtevorgangs in der Sollposition
fixieren, sind aus massivem Material gefräst und bilden
einen negativen Abguss des Bauteils. Solche Fixiervorrichtungen
sind von massiver Gestalt und ihr Gewicht übersteigt meist
mehrfach das Gewicht des zu behandelnden Bauteils. Die Fixiervorrichtung
muss beim Wärmebehandlungsprozess mit erhitzt werden, um
keine ungleichmäßige Wärmeausdehnung
zu erzeugen. Mit der Masse der Fixiervorrichtung steigen die Energiekosten
für den Wärmeeintrag und auch der Aufwand für
die Abkühlung.
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In
der
DE 10 2004
023 045 A1 wird eine Fixiervorrichtung beschrieben, die
das Bauteil während des Wärmebehandlungsprozess
positioniert und fixiert. Mittels orthogonaler Blechverbindung mit
nutenförmigen Ausnehmungen werden Bleche ineinander gesteckt
und erzeugen dadurch eine Gitterstruktur, die Auflagestellen für
die Bauteile bildet. Die Bauteile werden randseitig in der Auflagevorrichtung
mit Profilschienen geklemmt. Die Bleche der Gitterstruktur sind
in Knotenbereichen miteinander verschweißt. Die von der
Gitterstruktur gebildeten Auflagestellen sind an die Form des bei
der Wärmebehandlung zu fixierenden Bauteils angepasst.
Um mit der bekannten Fixiervorrichtung das gewünschte Ergebnis
zu erzielen, müssen die Auflagestellen der Geometrie des Bauteils
angepasst positioniert und die Bleche entsprechend exakt gefertigt
und zur Gitterstruktur gefügt werden. Ein durch die Wärmebehandlung
bedingter Verzug des fixierten Bauteils ist dabei noch nicht berücksichtigt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache Fixiervorrichtung
zu schaffen, mittels der ein Bauteil während einer Wärmebehandlung
so fixiert werden kann, dass die Wärmebehandlung einen möglichst
geringen Verzug des Bauteils bewirkt oder das Bauteil nach der Wärmebehandlung
einer vorgegebenen Sollform entspricht.
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Die
Erfindung hat eine Fixiervorrichtung zum Gegenstand, die eine Basis,
eine von der Basis abragende erste Stütze und wenigstens
eine weitere, von der Basis abragende zweite Stütze aufweist.
Die Stützen bilden Auflagestellen für ein Bauteil
während einer Wärmebehandlung. So bildet die erste
Stütze eine lokal begrenzte erste Auflage für
das Bauteil, d. h. eine erste Auflagestelle, und die zweite Stütze
bildet für das Bauteil eine zweite Auflagestelle, die von der
ersten Auflagestelle beabstandet ist. Zwischen diesen wenigstens
zwei Auflagestellen wird das Bauteil vorzugsweise nicht nochmals
unterstützt, sondern überbrückt den Abstand
zwischen den Auflagestellen frei tragend. Die Stützen werden
von wärmebeständigen, vorzugsweise per Laserstrahl
geschnittenen Formelementen, vorzugsweise Edelstahlelementen, gebildet.
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Für
die Fixierung umfasst die Vorrichtung ein erstes Fixierelement zum
Fixieren des Bauteils an der ersten Auflagestelle und wenigstens
ein weiteres, zweites Fixierelement zum Fixieren des Bauteils an der
zweiten Auflagestelle. Die Fixierelemente sind vorzugsweise an der
jeweils zugeordneten Stütze angeordnet, können
grundsätzlich aber auch neben der jeweiligen Stütze
oder auch an anderer Stelle an der Basis so abgestützt
sein, dass mittels ihrer Hilfe das Bauteil an der jeweiligen Auflagestelle
fixiert werden kann. Fixieren bedeutet nicht, dass sich das Bauteil
bei der Wärmebehandlung relativ zur jeweiligen Auflagestelle
in keinster Weise bewegen darf. Das Bauteil wird mittels der Fixierelemente
aber jedenfalls so weit fixiert, dass es während der Wärmebehandlung
im Kontakt mit den Auflagestellen oder Fixierelementen bleibt oder
in Kontakt gelangt und dadurch einer temperaturbedingten Verformung
oder weiteren Verformung entgegengewirkt wird. Das Wort ”oder” wird
von der Erfindung stets im üblichen logischen Sinne als ”inklusiv
oder” verstanden, umfasst also sowohl die Bedeutung von ”entweder
... oder” als auch die Bedeutung von ”und”,
soweit sich aus dem jeweils konkreten Zusammenhang nicht ausschließlich
nur eine eingeschränkte Bedeutung ergeben kann. Das Zusammenwirken
von Auflagestelle und zugeordnetem Fixierelement kann daher derart
sein, dass das Bauteil während der Wärmebehandlung
nur mit der Auflagestelle oder nur mit dem der jeweiligen Auflagestelle
zugeordneten Fixierelement in Kontakt bleibt oder gelangt oder,
wie dies bevorzugt wird, während der Wärmebehandlung
sowohl mit dem Fixierelement als auch der jeweils zugeordneten Auflagestelle
in Kontakt ist, vorzugsweise zwischen Auflagestelle und Fixierelement
jeweils in einem Führungskontakt mit der Auflagestelle
oder dem zugeordneten Fixierelement mit geringem Spiel, bevorzugt
in Passung, beweglich gehalten oder geklemmt wird.
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Nach
der Erfindung weisen die Basis und wenigstens die erste Stütze
jeweils ein Verbindungselement für eine Verbindung auf,
in der die erste Stütze relativ zu der Basis in unterschiedliche
Einstellpositionen einstellbar und in der jeweils eingenommenen
Einstellposition fixierbar ist, um die erste Auflagestelle relativ
zu der Basis und insbesondere relativ zu der zweiten Auflagestelle
verstellen zu können. Aufgrund der Verstellbarkeit kann
die Vorrichtung in einem Iterationsprozess in Bezug auf die Positionen, die
die Auflagestellen relativ zueinander aufweisen, mittels eines oder
nacheinander mehrerer Bauteile justiert werden, um das gewünschte
Ergebnis, ein trotz der Wärmebehandlung formtreues Bauteil,
zu erhalten. Für die Wärmebehandlung einer Bauteilserie,
d. h. mehrerer gleicher Bauteile, wird ein Bauteil nach dem anderen
mittels der Vorrichtung bei der Wärmebehandlung fixiert
und die Vorrichtung in einem einzigen oder wenigen Iterationsschritten
von Bauteil zu Bauteil durch Nachjustieren optimiert. Die Erfindung
betrifft daher auch ein Verfahren zur Verringerung eines durch Wärmebehandlung
bedingten Verzugs von vor der Wärmebehandlung gleichen Bauteilen.
Grundsätzlich kann das Verfahren, zu dessen Durchführung
die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird,
dazu ausgelegt sein, durch die Wärmebehandlung überhaupt
erst formgleiche Bauteile zu erzeugen, indem Formabweichungen, die
allerdings ein gewisses Ausmaß nicht überschreiten
dürfen, durch die Wärmebehandlung verringert und
dadurch die Bauteile der Form nach einander angeglichen werden.
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Die
Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren, bei dem
- (a) eines der Bauteile mittels einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung an den Auflagestellen mittels der Fixierelemente fixiert,
- (b) das Bauteil im fixierten Zustand einer Wärmebehandlung
unterzogen,
- (c) nach der Wärmebehandlung von der Vorrichtung gelöst,
- (d) seine Form vermessen
- (e) und aus der Messung der Verzug des Bauteils ermittelt wird.
Anschließend wird
- (f) die Vorrichtung durch Verstellung wenigstens der ersten
Stütze (10) in Abhängigkeit vom ermittelten
Verzug justiert, um für die weiteren Bauteile der gleichen
Art den Verzug durch die Wärmebehandlung zu verringern.
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Die
Schritte (a) bis (f) werden mit einem oder nacheinander mehreren
weiteren der Bauteile wiederholt, bis der im Schritt (e) ermittelte
Verzug innerhalb einer vorgegebenen Toleranz ist.
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Wenn
die optimale Einstellposition der ersten Auflagestelle, vorzugsweise
auch der zweiten Auflagestelle und, soweit weitere verstellbare
Auflagestellen vorhanden sind, auch für jede dieser weiteren Auflagestellen
ermittelt worden ist, kann die erste Stütze und vorzugsweise
auch jede weitere verstellbare Stütze dauerhaft fest mit
der Basis gefügt werden. Die Erfindung hat daher in einer
Weiterentwicklung ein Verfahren zum Gegenstand, bei dem diejenigen
Stützen, die in unterschiedliche Einstellpositionen verstellbar
sind, mit der Basis dauerhaft fest, vorzugsweise stoffschlüssig
verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wenn der im
Schritt (e) ermittelte Verzug innerhalb der Toleranz ist. Weitere
der Bauteile werden mittels der im justierten Zustand dauerhaft
fest gefügten Vorrichtung fixiert und im fixierten Zustand
der Wärmebehandlung unterzogen. Die dauerhaft feste Verbindung
der Stütze(n) ist vorzugsweise eine Stoffschlussverbindung,
grundsätzlich kann es sich aber auch um eine andere Sicherungsverbindung,
auch eine auf Form- und Reibschluss beruhende Verbindung, beispielsweise
eine Schraubverbindung mit einer oder mehreren Sicherungsschraube(n)
handeln, die sich nicht von selbst lösen kann oder können.
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Die
Anordnung der Auflagestellen kann insbesondere durch computerunterstützte
Konstruktion (CAD) ermittelt werden. Dadurch kann die Position oder
Neigung der Auflagestellen relativ zueinander, bezogen beispielsweise
je einzeln auf die Basis, exakt definiert werden, um der Verwindungs-
bzw. Verzugsaffinität des Bauteils beim Wärmebehandlungsprozess
entgegenzuwirken. Die erfindungsgemäße Justierung
wird dann an der nach CAD ausgelegten, gebauten Vorrichtung anhand
realer Bauteile vorgenommen.
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In
den Unteransprüchen und deren Kombinationen werden weitere
vorteilhafte Merkmale offenbart.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren
erläutert. An dem Ausführungsbeispiel offenbar
werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die
Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend
beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
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1 eine
Fixiervorrichtung in einer Seitenansicht,
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2 die
Fixiervorrichtung im Querschnitt A-A der 1,
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3 einen
Prototypen der Fixiervorrichtung in einer ersten Perspektive und
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4 den
Prototypen in einer zweiten Perspektive.
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1 zeigt
eine Fixiervorrichtung und ein Bauteil W, das zum Härten
einer Wärmebehandlung unterzogen und während der
Wärmebehandlung mittels der Fixiervorrichtung fixiert wird.
Das Bauteil W ist eine Panzerungsstruktur für die Panzerung
eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens. Das Bauteil
W kann insbesondere zur Panzerung einer Fahrgastzelle solch eines
Fahrzeugs dienen. Das Bauteil W besteht aus einem mehrlagigen Panzerstahl,
beispielsweise einem Zweilagenstahl.
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Die
Fixiervorrichtung umfasst eine Basis 1, eine erste Stütze 10,
eine zweite Stütze 20 und eine dritte Stütze 30 sowie
Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5, mittels
denen die Stützen 10, 20 und 30 unbeweglich
fest mit der Basis 1 verbunden sind. Die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 werden
im Folgenden vereinfachend zur Basis 1 gehörig
angesehen. Sie sind mit der Basis 1 gefügt, beispielsweise
wie dargestellt mittels Verbindungsschrauben 6 verschraubt.
Statt Schraubverbindungen könnten die Basis 1 und
die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 auch
stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen miteinander
gefügt sein. Die Stützen 10, 20 und 30 ragen
von einer Oberseite der Basis 1 ab. Sie sind in Längsrichtung
X voneinander beabstandet angeordnet. Beispielhaft ist für
die Stützen 10 und 20 der in X-Richtung
gemessene Abstand A eingetragen. Dieser Abstand A ist vielfach größer
als eine ebenfalls in X-Richtung gemessene Dicke d der Stützen 10, 20 und 30.
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Die
Stützen 10, 20 und 30 und auch
die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 sind
aus Plattenmaterial geformt. Die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 sind
Winkelprofile, beispielhaft wie bevorzugt gleicher Form und Größe.
Sie weisen jeweils einen ersten Profilschenkel auf, mit dem sie
auf die Oberseite der Basis 1 angesetzt sind, und einen
dazu orthogonal weisenden zweiten Schenkel, der von der Oberseite
der Basis 1 aufragt. Grundsätzlich könnten
die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 auch
anders geformt sein, insbesondere als Winkelprofile mit anders zueinander
geneigten Profilschenkeln, gegebenenfalls auch als Winkelprofile,
deren Profilschenkel unterschiedliche Neigungen zueinander aufweisen.
Die Gleichheit der Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 ist jedoch
insbesondere unter Kostengesichtspunkten vorteilhaft.
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Die
erste Stütze 10, die beispielhaft zwischen den
beiden anderen Stützen 20 und 30 angeordnet
ist, ist als einfache ebene Platte, beispielhaft wie bevorzugt als
Rechteckplatte ausgeführt. Die beiden anderen Stützen 20 und 30 sind
zweischenkelige Winkelprofile. Die Neigung, unter der die beiden
Profilschenkel der Stütze 20 zueinander weisen,
unterscheidet sich von der Neigung, unter der die beiden Profilschenkel
der Stütze 30 zueinander weisen. Der Unterschied
ist durch die Form des Bauteils W bedingt. Die Stützen 20 und 30 unterscheiden
sich von der Stütze 10 nur durch die Abwinklung
bzw. Neigung des jeweils von der Basis 1 aus gesehen äußeren Profilschenkels.
Bei der Herstellung der Fixiervorrichtung werden die Stützen 10, 20 und 30 zunächst
als gleiche Plattenteile gefertigt, indem sie in gleicher Größe
aus einem Plattenhalbzeug mittels eines Trennverfahrens geformt
werden, vorzugsweise mittels Laserstrahl. Sie werden nach dem Trennen
und gegebenenfalls einer nachfolgenden Randbearbeitung durch einen
Biegeprozess in die gezeigte Form eines weit geöffneten ”V” abgewinkelt,
wobei das Abwinkeln so vorgenommen wird, dass an die Form des Bauteils
W angepasst jeweils eine Auflagestelle für das Bauteil
W erhalten wird. Das Bauteil W ist von der Basis 1 aus
gesehen konkav, so dass die äußeren Profilschenkel
der Stützen 20 und 30 von der jeweils
benachbarten ersten Stütze 10 weg geneigt sind.
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Die
Auflagestelle der Stütze 10 ist mit 11 und die
Auflagestellen der Stützen 20 und 30 sind
mit 21 und 31 bezeichnet. Das Bauteil W ist nur
an den Auflagestellen 11, 21 und 31 der
Fixiervorrichtung abgestützt und erstreckt sich frei zwischen
den jeweils nächstbenachbarten Auflagestellen, d. h. zwischen den
Auflagestellen 11 und 21 einerseits und den Auflagestellen 11 und 31 andererseits.
Die Auflagestellen 11, 21 und 31 bilden
jeweils bezogen auf die Fläche des Bauteils W insgesamt
bezogen lokale Auflagepunkte, wobei die Auflagestellen 11, 21 und 31 im engsten
Sinne punktförmig, aber auch linienförmig oder
flächig sein können, wobei die Auflagefläche
im Vergleich zur Gesamtfläche des Bauteils W klein ist.
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Die
Stützen 10, 20 und 30 sind wie
gesagt über die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 mit
der Basis 1 fest verbunden. Die Verbindung mit der jeweils zugeordneten
Verbindungsstruktur 3, 4 oder 5 ist allerdings
so gestaltet, dass die Stützen 10, 21 und 31 relativ
zu der Basis 1 und relativ zueinander jeweils einzeln in
unterschiedliche Einstellpositionen einstellbar und in der jeweiligen
Einstellposition fixierbar sind. Hierfür sind die Stützen 10, 20 und 30 jeweils mit
wenigstens einem Verbindungselement 8 und die aufragenden
Profilschenkel der Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 jeweils
mit wenigstens einem Verbindungselement 7 versehen, die
eine Höhenverstellbarkeit der Stützen 10, 20 und 30 ermöglichen.
Die Verbindungselemente 7 sind Durchgänge in der
jeweiligen Verbindungsstruktur 3, 4 und 5.
Die Verbindungselemente 8 sind in den Stützen 10, 20 und 30 geformte
Durchgänge. Im Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente 7 einfache
Durchgangslöcher und die Verbindungselemente 8 in
Verstellrichtung Z, der Höhenrichtung, erstreckte Langlöcher. Die
Verbindungselemente 7 könnten ebenfalls als in Z-Richtung
erstreckte Langlöcher geformt sein. Ferner könnten
bei Formung der Verbindungselemente 7 als Langlöcher
die Verbindungselemente 8 als einfache runde Durchgangslöcher
geformt sein. Die Verbindung, in der jede der Stützen 10, 20 und 30 mit
der jeweils zugeordneten Verbindungsstruktur 3, 4 und 5 höhenverstellbar
verbunden ist, umfasst ferner Spannelemente 9 in Form jeweils
einer Schraube und einer Mutter. Die Mutter kann jeweils als Zusatzteil
bereit gestellt sein. Bevorzugter sind entweder die Stützen 10, 20 und 30 oder
die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 mit
einem Innengewinde für das jeweilige Spannelement 9 versehen,
so dass sie Schraubmuttern als integrierte Verbindungselemente bilden.
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2 zeigt
die Fixiervorrichtung im Schnitt A-A ohne das Bauteil W. 2 zeigt
die Verbindungsstruktur 3 und die Stütze 10 beispielhaft
für die weiteren Verbindungsstrukturen 4 und 5 und
Stützen 20 und 30. Die Ausführungen
zur Stütze 10 gelten daher gleichermaßen
auch für die Stützen 20 und 30, wobei
diese wie bereits erwähnt im Unterschied zur Stütze 10 abgewinkelt
sind.
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Die
Stütze 10 weist in Querrichtung Y nebeneinander
zwei jeweils als Langloch geformte Verbindungselement 8 auf.
Die Verbindungsstruktur 3 weist entsprechend zwei Verbindungselemente 7 in
Form integrierter Schraubmuttern auf. Anstatt die Verbindungselemente 7 als
integrierte Schraubmuttern zu bilden, können die Verbindungselemente 7 auch
als Schraubbolzen gebildet sein. Entsprechend wären zusätzlich
Mutter zur Herstellung der festen Klemmverbindung erforderlich.
Die integrierten Mutter oder Schraubbolzen könnten auch
auf der Seite der Stützen 10, 20 und 30 vorgesehen
sein und deren Verbindungselemente 8 ersetzen. Entsprechend
wären in solch einer Abwandlung die Verbindungselemente 7 Durchgänge
entsprechend den Durchgängen bzw. Verbindungselementen 8 des
Ausführungsbeispiels. Die pro Stütze beiden Paare
von Verbindungselementen 7 und 8 bilden zusammen
mit dem jeweiligen Spannelement 9 jeweils eine Punktverbindung,
zusammen bilden sie eine Zweipunktverbindung für die translatorische
Höhenverstellbarkeit der Auflagestelle 11.
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Vorzugsweise
sind die beiden Verbindungen 7, 8, 9 so
gestaltet, dass zusätzlich zu der translatorischen Verstellbarkeit
auch noch eine rotatorische Verstellbarkeit in engen Grenzen möglich
ist, nämlich eine begrenzte Rotation der Stütze 10 relativ
zur Verbindungsstruktur 3. Für die Rotationsverstellbarkeit kann
beispielsweise eines der Verbindungselemente 8 in Querrichtung
Y geringfügig breiter sein als es einer Passung mit dem
Spannelement 9 entsprechen würde. Das andere Verbindungselement 8 kann
in Y-Richtung auf Passung mit dem durchragenden Spannelement 9 bemessen
sein oder ebenfalls ein geringes Übermaß aufweisen.
Auf diese Weise kann die Auflagestelle 11 nicht nur in
Höhenrichtung Z, sondern auch zusätzlich ihre
Neigung in der Y-Z-Ebene verstellt werden, nämlich durch
Rotation um eine in Längsrichtung X weisende Längsachse,
die sich durch das im Vergleich mit dem Spannelement 9 breitere
Verbindungselement 8 erstreckt.
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Im
Ergebnis wird eine durch die erfindungsgemäße
Justierung flexibel in mehreren Freiheitsgraden an dreidimensional
geformte Bauteile W anpassbare Fixiervorrichtung geschaffen. Ein
erster Freiheitsgrad der Verstellbarkeit ist ein translatorischer
in Höhenrichtung, die Verstellrichtung Z. Ein zweiter Freiheitsgrad
der Verstellbarkeit ist ein rotatorischer, nämlich die
Verdrehbarkeit der Stützen 10, 20 und 30 jeweils
relativ zur Basis 1, genauer gesagt zur jeweils zugeordneten
Verbindungsstruktur 3, 4 und 5, um jeweils
eine zur Längsrichtung X parallele Rotationsachse, wobei
der rotatorische Freiheitsgrad der Verstellbarkeit vorteilhafterweise
mittels bzw. in der gleichen Verbindung 7, 8, 9 erhalten
wird, die auch den translatorischen Freiheitsgrad der Verstellbarkeit
liefert. Indem eine oder mehrere der Stützen, im Ausführungsbeispiel
die Stützen 20 und 30 einen in Bezug
auf jeweils ihre eigene Verstellrichtung Z geneigten Schenkel aufweisen,
nämlich jeweils als Winkelprofil geformt sind, ist die
Fixiervorrichtung auch an zur Basis 1 konkave oder gegebenenfalls
auch konvexe Formen von Bauteilen W optimal angepasst, so dass die
in der X-Z-Ebene geneigten Profilschenkel der betreffenden Stützen,
beispielhaft der Stützen 20 und 30, am
Ort der jeweiligen Auflagestelle, beispielhaft der Auflagestellen 21 und 31,
orthogonal zum Bauteil W weisen. Mittels der abgewinkelten Stützen wird
auch Flexibilität im Hinblick auf die Anpassbarkeit der
Fixiervorrichtung an unterschiedlich gekrümmte Bauteile
W erhalten. Soll von einem Bauteiltyp auf einen anderen mit andersartigem
Verlauf gewechselt werden, müssen lediglich die abgewinkelten
Stützen oder ein Teil dieser Stützen gegen andere,
an den jeweiligen Bauteiltyp angepasste Stützen ausgetauscht
werden. Es können somit flexibel mit der gleichen Basis 1 und
einem Sortiment von Stützen 10, 20 und 30 an
unterschiedlich Bauteiltypen angepasste Fixiervorrichtungen auf
einfache und preiswerte Weise geschaffen werden.
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Zur
Verstellung ist noch nachzutragen, dass die Stützen 10, 20 und 30 jeweils
im Klemmkontakt mit der zugeordneten Verbindungsstruktur 3, 4 oder 5 verstellt
werden, wobei die Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5 jeweils
eine Führungsfläche 3a, 4a oder 5a für
die zugeordnete Stütze 10, 20 oder 30 bildet.
Für die Verstellung wird der jeweilige Klemmkontakt nur geringfügig
gelöst, die Stütze 10, 20 oder 30 im
gelockerten, aber grundsätzlich noch bestehenden Klemmkontakt
mit der jeweils zugeordneten Führungsfläche 3a, 4a oder 5a der
Höhe nach in Verstellrichtung Z oder der Kipprichtung nach
um eine Langsachse X verstellt und in der neuen Einstellposition
durch Erhöhung der Klemmkraft in den jeweils zwei Verbindungen 7, 8, 9 wieder
lösbar fixiert.
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Die
Auflagestellen 11, 21 und 31 sind an
den abgewandten Enden der Stützen 10, 20 und 30 jeweils
in einer Aussparung 12 der Stütze 10, 20 oder 30 gebildet.
Das zu behandelnde Bauteil W wird in die Aussparungen 12 eingelegt,
so dass es an den Auflagestellen 11, 21 und 31 aufliegt.
Anschließend wird das Bauteil W an den Auflagestellen 11, 21 und 31 mittels
Fixierelementen 15 fixiert, wobei das Bauteil W an den
Auflagestellen 11, 21 und 31 im fixierten Zustand vorzugsweise
nicht unbeweglich fest geklemmt, sondern in enger Passung in der
jeweiligen Aussparung 12 in seiner lokalen Längsrichtung
beweglich geführt ist.
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Die
Stützen 10, 20 und 30 weisen
links und rechts ihrer Aussparung 12 jeweils ein Fixiergegenelement 17 für
jeweils eines der Fixierelemente 15 auf. Beispielhaft sind
die Fixierelemente 15 als Schrauben und die Fixiergegenelemente 17 als
zur jeweiligen Stütze 10, 20 oder 30 nicht
bewegliche Mutter geformt. Zusätzlich ist für
jedes der Fixierelemente 15 ein weiteres Fixierelement 16 vorgesehen.
Die Fixierelemente 16 sind beispielhaft als Anlagescheiben gebildet, über
die die Fixierelemente 15 bei fixiertem Bauteil W gegen
die Fixiergegenelemente 17 drücken. Das Bauteil
W ist im fixierten Zustand somit zwischen den Fixierelementen 16 und
der jeweiligen Auflagestelle 11, 21 und 31 fixiert,
vorzugsweise in enger Passung im so gebildeten Spalt beweglich geführt.
Die Fixierelemente 16 sind vorzugsweise separate Zwischenelemente,
die beim Einschrauben und Festziehen der Fixierelemente 15 dafür
sorgen, dass der Schraubkopf der Fixierelemente 15 nicht
auf den Fixiergegenelementen 17 reibt. Anstatt für
jedes der Fixierelemente 15 ein eigenes Fixierelement 16 vorzusehen,
könnte auch ein die Aussparung 12 überbrückendes,
für beide Fixierelemente 15 der jeweiligen Stütze 10, 20 oder 30 gemeinsames
Fixierelement 16 als Zwischenelement verwendet werden. Vorzugsweise
wird jedoch pro Fixierelement 15 jeweils ein eigenes Fixierelement 16 verwendet,
wobei über die jeweilige Aussparung 12 hinweg
vorteilhafterweise ein Abstand zwischen dem linken und dem rechten
Fixierelement 16 verbleibt.
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Die
Verstellbarkeit der Fixiervorrichtung wird in der Serienproduktion
nur beim Anlaufen der Produktion benötigt, um nämlich
die Fixiervorrichtung an wenigen Bauteilen W sukzessive zu justieren,
von Bauteil W zu Bauteil W. So wird beim Anlaufen noch vor oder
zu Beginn der Serienproduktion ein erstes der typgleichen Bauteile
W auf die Auflagestellen 11, 21 und 31 gelegt,
mittels der Fixierelemente 15 fixiert und anschließend
im fixierten Zustand der Wärmebehandlung unterzogen, beispielsweise
gehärtet oder ausgelagert. Die Wärmebehandlung
wird vorteilhafterweise in einem Wärmeofen durchgeführt,
in den vorteilhafterweise chargenweise eine Mehrzahl der Fixiervorrichtungen
samt der von ihnen fixierten Bauteile W eingebracht werden. Nach
der Wärmebehandlung wird das Bauteil W aus der Fixiervorrichtung
genommen und auf Maßhaltigkeit vermessen. Ergibt die Vermessung
eine Abweichung von der Sollform, d. h. von den Vergleichs-Sollmaßen
oder dem gegebenenfalls nur einen einzigen Vergleichs-Sollmaß,
die außerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt, wird die
Fixiervorrichtung justiert. Die Justierung besteht darin, dass eine
oder mehrere der Stützen 10, 20 und 30 in
Abhängigkeit von der oder den gemessenen Abweichung(en)
in eine neue, angepasste Einstellposition verstellt wird oder werden, indem
die betreffende(n) Stütze(n) 10, 20 oder 30 in Verstellrichtung
Z translatorisch oder um eine zur Längsrichtung X parallele
Rotationsachse rotatorisch in ihrer Verbindung 7, 8, 9 verstellt
wird. Das Gleiche geschieht mit den optional weiteren Fixiervorrichtungen
der gleichen Charge.
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Im
nächsten Schritt der Iteration wird in die justierte Fixiervorrichtung
ein neues, typgleiches Bauteil W eingelegt und fixiert. Anschließend
wird das Bauteil W wie zuvor beschrieben wärmebehandelt,
nach der Wärmebehandlung aus der Fixiervorrichtung genommen
und ebenfalls vermessen. Ergibt die Vermessung des in Bezug auf
die justierte Fixiervorrichtung zweite Bauteil, dass auch dieses
der Form nach von einem oder mehreren Vergleichs-Sollmaß(en) über
die Toleranz hinaus abweicht, wird die Fixiervorrichtung nochmals
justiert, wie zum ersten Schritt bereits geschildert. Das Gleiche
geschieht mit den optional weiteren im ersten Schritt bereits einmal
justierten Fixiervorrichtungen und weiteren Bauteilen W.
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Ergibt
sich, dass unmittelbar am ersten Bauteil oder nach einem einzigen
oder mehreren Justierschritt(en) der geschilderten Art die Maßhaltigkeit
gewährleistet ist, was beispielsweise an mehreren Bauteilen
W nacheinander verifiziert werden kann, wird die Fixiervorrichtung
in sich bleibend fixiert, indem ihre verstellbaren Stützen 10, 20 und 30 mit
der Basis 1, nämlich den zugeordneten Verbindungsstrukturen 3, 4 und 5,
dauerhaft fest verbunden werden. Für die feste, vorzugsweise
zerstörungsfrei nicht wieder lösbare Verbindung
wird eine Schweißverbindung bevorzugt. Im Ausführungsbeispiel
werden die Stützen 10, 20 und 30 jeweils
mittels einer Sicherungsverbindung 14, beispielhaft wie
bevorzugt eine Schweißverbindung, mit der jeweils zugeordneten
Verbindungsstruktur 3, 4 oder 5 fest
gefügt. Als Sicherungsverbindung käme alternativ
auch in Frage, jedes der Spannelemente 9 oder zumindest
ein Spannelement 9 pro Stütze 10, 20 und 30 mittels
eines Sicherungselements zu sichern, das ein Lösen des
gesicherten Spannelements 9 unter allen im Betrieb auftretenden Belastungen
sicher verhindert. Einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere
Schweißverbindung 14, wird jedoch der Vorzug gegeben.
Die dauerhaft fest gefügte Fixiervorrichtung wird anschließend
in der Serie vielmals wiederholt verwendet, um das jeweils zu behandelnde
Bauteil W während der Wärmebehandlung zu fixieren,
so dass dessen Maßhaltigkeit gewährleistet ist.
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- 1
- Basis
- 2
- Versteifungsgurt
- 3
- Verbindungsstruktur
- 3a
- Führungsfläche
- 4
- Verbindungsstruktur
- 4a
- Führungsfläche
- 5
- Verbindungsstruktur
- 5a
- Führungsfläche
- 6
- Verbindungsmittel
- 7
- Verbindungselement
der Basis
- 8
- Verbindungselement
der Stütze
- 9
- Verbindungselement,
Spannelement
- 10
- Stütze
- 11
- Auflagestelle
- 12
- Aussparung
- 13
-
- 14
- Sicherungsverbindung
- 15
- Fixierelement
- 16
- Fixierelement
- 17
- Fixiergegenelement
- 18
-
- 19
-
- 20
- Stütze
- 21
- Auflagestelle
- 22–29
-
- 30
- Stütze
- 31
- Auflagestelle
- A
- Abstand
- d
- Dicke
- X
- Längsrichtung
- Y
- Querrichtung
- Z
- Höhenrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004023045
A1 [0005]