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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Positionieren und Haltern von flächigen Werkstücken, insbesondere von Karosserieblechbauteilen, während eines vorzunehmenden Fügeprozesses, mit wenigstens einer Spanneinrichtung und einer korrespondierenden Stützeinrichtung zwischen denen wenigstens eines der flächigen Werkstücke einspannbar ist.
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Eine Spannvorrichtung der betreffenden Art ist aus der
WO 2009/147197 A1 bekannt. Die vorbekannte Spannvorrichtung weist mehrere sich gegenüberliegende Spann- und Stützelemente auf, die eine Vielzahl von lokalen Spannpunkten bilden, an denen ein flächiges Werkstück eingespannt werden kann oder gegebenenfalls auch mehrere flächige Werkstücke eingespannt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Spanvorrichtung der betreffenden Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung zum Positionieren und Haltern von flächigen Werkstücken während eines vorzunehmenden Fügeprozesses, wobei diese Spannvorrichtung wenigstens eine Spanneinrichtung und eine korrespondierenden Stützeinrichtung aufweist, zwischen denen wenigstens eines der zu fügenden flächigen Werkzeugstücke einspannbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Spanneinrichtung wenigstens einen biegsamen Metallstreifen aufweist, wobei dieser Metallstreifen mit mehreren Blattfedern bzw. Federzungen an einem Trägerrahmen befestigt ist und zum Einspannen durch die von den Blattfedern erzeugte Spannkraft bzw. Einspannkraft direkt gegen das betreffende flächige Werkstück gedrückt werden kann und sich hierbei flächig und konturfolgend an dieses flächige Werkstück anlegen kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann ein flächiges Werkstück positioniert (d. h. in einer definierten Lage aufgenommen) und gehalten bzw. gehaltert werden. Bevorzugt können mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mehrere flächige Werkstücke positioniert und gehalten werden, wobei die flächigen Werkstücke insbesondere auch zueinander ausgerichtet sind (zumindest im eingespannten Zustand). In einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann ein flächiges Werkstück (oder gegebenenfalls auch mehrere flächige Werkstücke) mit einer einzelnen Spanneinrichtung oder mit mehreren Spanneinrichtungen, auch nicht erfindungsgemäßer Art, eingespannt werden, wobei dieses Einspannen in an und für sich bekannter Weise durch Einklemmen des betreffenden flächigen Werkstücks zwischen der Spanneinrichtung und einer rückseitigen Stützeinrichtung erfolgt, derart, dass die Spanneinrichtung eine Spannkraft bzw. Einspannkraft oder Klemmkraft gegen das flächige Werkstück aufbringen kann, welches sodann gegen die rückseitige Stützeinrichtung gedrückt und auf diese Weise kraft- und formschlüssig fixiert wird.
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Bei den einzuspannenden flächigen Werkstücken bzw. Bauteilen (nachfolgend auch nur als Werkstücke bezeichnet) handelt es sich vorzugsweise um Blechformteile und insbesondere um Karosserieblechformteile. Bei dem vorzunehmenden Fügeprozess handelt es sich vorzugsweise um einen Lötprozess oder einen Schweißprozess und insbesondere um einen Laserschweißprozess. Die zu fügenden Werkstücke können mit einem Füge-Überlappungsflansch ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens zwei zu fügende Werkstücke in der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung nicht überlappend, sondern auf Stoß zueinander positioniert werden, was hinsichtlich des Fügeprozesses, insbesondere beim Löten oder Schweißen, eine sehr exakte Positionierung erfordert.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst wenigstens eine Spanneinrichtung, die wenigstens einen biegsamen Metallstreifen aufweist, der zum Einspannen eines Werkstücks (oder gegebenenfalls auch mehrere Werkstücke) vorderseitig direkt gegen das betreffende Werkstück gedrückt wird und sich hierbei flächig und konturfolgend an dieses Werkstück anlegt. Der Metallstreifen fungiert quasi als Druckelement bzw. Druckstück. Unter „konturfolgend” wird verstanden, dass sich der Metallstreifen aufgrund seiner elastisch biegsamen Eigenschaften dem räumlichen Verlauf des Werkstücks anpasst, so dass eine verhältnismäßig große Kraftübertragungsfläche gegeben ist, woraus eine niedrige Flächenpressung resultiert. Ferner wird eine stetige und insbesondere auch homogene Kraftverteilung der Spannkraft ermöglicht. Auf dem Werkstück zeichnen sich somit, trotz hoher Spannkraft bzw. Fixierkraft, keine Druckstellen ab, so dass insbesondere auch Werkstücke aus empfindlichen Materialien, bspw. Aluminium, beschädigungsfrei und dennoch zuverlässig gehaltert bzw. fixiert werden können.
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Bevorzugt ist der Metallstreifen bzw. das Metallband aus einem metallischen Flachmaterial und insbesondere aus einem Blechmaterial gebildet. Bevorzugt besteht der Metallstreifen aus einem Stahlblech und insbesondere aus einem Edelstahlblech mit elastisch biegsamen Eigenschaften. Die Dicke des Metallstreifens kann zwischen 0,2 mm und 0,6 mm liegen und beträgt im Besonderen in etwa 0,4 mm. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Metallstreifen auf seiner dem einzuspannenden Werkstück zugewandten Seite kanten- und absatzfrei und insbesondere mit einer polierten Oberfläche ausgebildet ist. Der Metallstreifen kann auf seiner dem einzuspannenden Werkstück zugewandten Seite auch mit einer Beschichtung ausgebildet sein.
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Die zum Einspannen des Werkstücks benötigte Spannkraft bzw. Einspannkraft wird von einer Vielzahl von Blattfedern bzw. Federzungen (wenigstens zwei) erzeugt, über die der Metallstreifen an einem gemeinsamen Trägerrahmen (der einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann) befestigt ist. Die insgesamt von dem Metallstreifen auf das Werkstück aufbringbare Federkraft kann durch Ausgestaltung der Blattfedern und/oder durch die Art der Befestigung der Blattfedern am Trägerrahmen beeinflusst und eingestellt werden. Hierbei kann (durch entsprechende unterschiedliche Ausgestaltung der Blattfedern) auch eine nicht-homogene Kraftverteilung vorgesehen sein, wobei der Metallstreifen harmonisierend wirkt und eine stetige Spannkraftverteilung herbeiführt. Die Blattfedern können demnach identisch oder, insbesondere im Hinblick auf eine lokal unterschiedliche Einspannkraft, verschieden bzw. unterschiedlich ausgebildet sein, womit gemeint ist, dass zumindest zwei Blattfedern nicht identisch ausgebildet sind. Die Blattfedern sind bspw. aus einem Federstahlblechmaterial mit einer Dicke zwischen 1,0 mm und 2,0 mm gebildet und können gerade oder vorgeformt sein.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht eine hohe Positioniergenauigkeit und ein werkstückbeschädigungsfreies Einspannen des Werkstücks oder der Werkstücke mit hoher Spann- bzw. Fixierkraft. Da der als Druckelement bzw. Druckstück dienende Metallstreifen verhältnismäßig dünn ist, wird an der Einspannstelle nur wenig Bauraum benötigt, wodurch eine verbesserte Zugänglichkeit für die Füge- bzw. Bearbeitungswerkzeuge gegeben ist. Der metallische Werkstoff des als Druckelement bzw. Druckstück dienenden Metallstreifens führt ferner bei thermischen Fügeverfahren (bspw. Löten oder Schweißen) zu einer guten und insbesondere auch gleichmäßigen Wärmeableitung von der Fügestelle. Aufgrund dieser verbesserten Wärmeableitung und der homogen flächigen Einspannung des Werkstücks zwischen dem Metallstreifen und der rückseitigen Stützeinrichtung wird auch eine thermisch bedingte Wellenbildung des Werkstücks verhindert, wodurch sich sehr präzise und qualitativ hochwertige Löt- bzw. Schweißnähte herstellen lassen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bei jedem Spannvorgang stets die selbe konstruktiv eingestellte Spannkraft auf das Werkstück aufgebracht wird und dass die Blattfedern aufgrund ihrer Nachgiebigkeit ein zu festes Einspannen verhindern (d. h. eine eingestellte maximale Spannkraft kann nicht überschritten werden). Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eignet sich insbesondere für die Serienproduktion.
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Bevorzugt ist ein einzelner Metallstreifen vorgesehen, der sich an der Einspannstelle über die gesamte Spannlänge erstreckt. Die Spannlänge entspricht insbesondere im Wesentlichen der Länge der herzustellenden Fügenaht (Fügenahtlänge).
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In bevorzugter Weise sind der Metallstreifen und die Blattfedern nicht starr, sondern in einem bedingten Maße relativbeweglich miteinander verbunden. Somit kann eine Relativbewegung zwischen dem Metallstreifen und dem Werkstück beim Spannen, Entspannen und Fügen verhindert werden, indem eine solche Relativbewegung durch die Relativbeweglichkeit zwischen dem Metallstreifen und den Blattfedern kompensiert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass zur beweglichen Befestigung des Metallstreifens an den Blattfedern bzw. zur beweglichen Verbindung des Metallstreifens mit den Blattfedern die Blattfedern mit Langlöchern bzw. Kulissen ausgebildet sind, in denen der Metallstreifen mittels (starr angebundener) Stiftelementen längsbeweglich befestigt bzw. gelagert ist. Der Verbindungsbereich bzw. der Befestigungsbereich zwischen dem Metallstreifen und wenigstens einer Blattfeder kann durch eine Schutzabdeckung oder dergleichen abgedeckt sein, um Verschmutzungen und dergleichen zu vermeiden und eine Leichtgängigkeit der Relativbewegung aufrecht zu erhalten.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen, an dem die Blattfedern direkt oder auch indirekt befestigt sind, als Schwenkrahmen ausgebildet ist, der zum Zwecke des Einlegens und des Entnehmens des Werkstücks entsprechend verschwenkbar ist. Die Schwenkbarkeit kann z. B. über wenigstens ein zur Spannvorrichtung gehörendes Schwenkgelenk realisiert werden. Das Schwenken kann mittels eines geeigneten Antriebs (bspw. Pneumatikzylinder) bewerkstelligt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in der Draufsicht.
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2 zeigt die Spannvorrichtung aus 1 in einer vergrößerten Schnittansicht, gemäß dem in 1 angegebenen Schnittverlauf.
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In den Figuren sind nur die Komponenten und Elemente dargestellt, die zur Erläuterung der Erfindung erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weitere Komponenten aufweisen. Die in den Figuren gezeigte Raumausrichtung ist nur beispielhaft; selbes gilt für die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben, die sich nur auf die gezeigten Darstellungen beziehen. Die Komponenten und Elemente können abweichend zu der gezeigten Darstellung jede für den Fügeprozess geeignete Lage und Ausrichtung aufweisen.
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1 und 2 zeigen eine Spannvorrichtung 100. In der Spannvorrichtung 100 sind zwei Werkstücke 10 und 20 gehalten und zueinander positioniert. Bei den Werkstücken 10 und 20 handelt es sich um Außenhaut-Karosserieblechbauteile für eine PKW-Heckklappe, die in der Spannvorrichtung 100 durch Schweißen und insbesondere durch Laserschweißen (oder auch durch Löten) entlang einer Fügenaht 30 dauerhaft miteinander verbunden werden sollen. Hierzu sind die beiden Werkstücke 10 und 20 an einer sich längserstreckenden Fügestelle 30, an der die Schweißnaht ausgebildet wird, mit aneinanderstoßenden Flanschabschnitten zueinander positioniert und in dieser Position durch Einspannen fixiert.
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Das Einspannen des Werkstücks 10 kann bspw. mit nicht gezeigten Saugnäpfen und Andrückarmen (oder dergleichen) erfolgen, die das Werkstück 10 gegen die an die Werkstückkontur angepasste rückseitige Stützeinrichtung bzw. Auflage 110 drücken und auf diese Weise fixieren.
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Zum Einspannen des Werkstücks 20 weist die Vorrichtung 100 eine Spanneinrichtung 125 auf, die einen elastisch biegsamen Metallstreifen 130, mehreren Blattfedern 140 und einen Trägerrahmen 150 umfasst, wobei der biegsame Metallstreifen 130 über die Blattfedern 140 am Trägerrahmen 150 befestigt ist. Der Metallstreifen 130 erstreckt sich über die gesamte Fügenahtlänge, die in dem gezeigten Beispiel der Breite des Werkstücks 20 entspricht. Somit ist zum Einspannen des Werkstücks 20 an der Fügestelle 30 ein einzelner als Druckelement bzw. Druckstück fungierender Metallstreifen 130 vorgesehen, der sich über die gesamte Spannlänge, die der Werkstückbreite entspricht, erstreckt.
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Die Darstellung in 2 zeigt das Werkstück 20 im eingespannten Zustand. Um das Werkstück 20 (zusammen mit dem Werkstück 10) nach dem Fügen entnehmen zu können, ist der Trägerrahmen 150 als Schwenkrahmen ausgebildet, wobei beim Verschwenken die Blattfedern 140 und der Metallstreifen 130 mit verschwenkt werden. Die Schwenkachse ist mit D bezeichnet, die Schwenkrichtung zum Beenden des Spannvorgangs ist mit dem mit S bezeichneten Bogenpfeil veranschaulicht. Das Einspannen des Werkstücks 20 erfolgt selbsterklärend in der zur Schwenkrichtung S entgegengesetzten Schwenkrichtung. Eine Verriegelung für die gezeigte untere Schwenkendposition des Trägerrahmens 150 ist nicht dargestellt.
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Zum Einspannen des zuvor in der Vorrichtung 100 positionierten Werkstücks 20 wird der Trägerrahmen 150 nach unten verschwenkt, wobei der Metallstreifen 130 in nächster Nähe zur Fügestelle 30 vorderseitig direkt auf dem Werkstück 20 zur Anlage kommt. Wenn der Trägerrahmen 150 die gezeigte untere Schwenkendposition eingenommen hat, wird das Werkstück 20 von dem Metallstreifen 130 durch die von den Blattfedern 140 erzeugte Spannkraft gegen die formangepasste bzw. an die Werkstückform angepasste rückseitige Stützeinrichtung 120 gedrückt und hierdurch eingespannt bzw. fixiert. Hierbei legt sich der Metallstreifen 130 in allen Raumrichtungen flächig und konturfolgend an das Werkstück 20 an, wodurch in vorteilhafter Weise eine größtmögliche Kraftübertragungsfläche gegeben ist, was mit geringen Flächenpressungen zwischen dem Werkstück 20 und dem einspannenden Metallstreifen 130 einhergeht. Die gezeigte Form der Blattfedern 140 ist nur beispielhaft; d. h. die Blattfedern 140 können sowohl in der Draufsicht gemäß 1 als auch in der Seitenansicht bzw. Schnittansicht gemäß 2 eine andere Formgebung aufweisen und können bezogen auf ihre Längserstreckung bspw. abgewinkelt oder bogenförmig ausgebildet sein.
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Der Metallstreifen 130 ist relativbeweglich an den vorderen Enden (dies sind die dem Metallstreifen 130 zugewandten Enden) der Blattfedern 140 befestigt, wozu jede Blattfeder 140 mit wenigstens einem Langloch bzw. einer Kulisse 145 ausgebildet ist und am Metallstreifen 130 Stiftelemente 135 befestigt sind, die in den Langlöchern 145 längsbeweglich bzw. quer zu ihrer Erstreckungsachse geführt sind. Die Stiftelemente 135 sind bspw. mit dem Metallstreifen 130 verschweißt. Auf der dem Werkstück 20 zugewandten Seite ist die Oberfläche des Metallstreifens 130 nach dem Festschweißen der Stiftelemente 135 überschliffen und insbesondere auch poliert. Bevorzugter Weise sind zwei zueinander beabstandete Stiftelemente 135 pro Langloch 145 vorgesehen.
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Die Stiftelemente 135 weisen einen die seitlichen Außenkonturen bzw. Längskanten des jeweiligen Langlochs 145 überdeckenden Kopfabschnitt 136 auf, so dass in axialer Richtung der Stiftelemente 135 ein Formschluss zwischen dem Metallstreifen 130 und den Blattfedern 140 herbeigeführt ist. Quer zu dieser axialen Richtung kann sich der Metallstreifen 130 relativ zu den Blattfedern 140 bewegen und umgekehrt, so dass hierüber beim Spannen und Entspannen durch Schwenken des Trägerrahmens 150 oder beim Fügen aufgrund der Wärmeeinbringung eine Ausgleichsbewegung ermöglicht wird, ohne dass sich der Metallstreifen 130 relativ zum Werkstück 20 bewegt. Der Befestigungsbereich bzw. Verbindungsbereich zwischen dem Metallstreifen 130 und einer Blattfeder 140 kann durch eine nicht gezeigte Abdeckung vor Staub, Schweißspritzern und dergleichen geschützt sein.
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Mit ihren hinteren Enden (dies sind die vom Metallstreifen 130 wegweisenden Enden) sind die Blattfedern 140 am Trägerrahmen 150 festgeschraubt. Zwischen den Blattfedern 140 und dem Trägerrahmen 150 können Abstimmpakete 160 angeordnet werden, mit denen die Position der jeweiligen Blattfeder 140 verändert und die von dieser Blattfeder 140 erzeugte Spannkraft eingestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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