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Die Erfindung betrifft ein klemmbares Konturstück mit Stößeln, Kolben, Stiften oder Nadeln für eine Spannvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind Konturstücke bekannt, deren Klemmkörper mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden, wobei auch Konturstücke bekannt sind, deren Klemmkörper durch eine Kombination der Betätigung klemmbar sind.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 028 238 A1 offenbart eine Spannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau, mit mindestens einem zur Spannvorrichtung gehörenden Spannelement, welches mit mindestens einem Gegenlager und/oder einem weiteren Spannelement unter Zwischenschaltung eines einzuspannenden Bauteils/Werkstücks in einer Spannstelle zusammenwirkt. Dem mindestens einen Spannelement und/oder dem Gegenlager ist mindestens ein Konturstück zugeordnet, das mit einer Oberfläche des in der Spannstelle der Spannvorrichtung einzuspannenden Bauteils/Werkstücks zusammenwirkt, wobei mehrere neben- und/oder hintereinander angeordnete Einzelklemmkörper entlang ihrer Längsrichtung in einem Grundgehäuse des Konturstücks beweglich geführt und positionierbar sind und in der jeweils gewünschten Position jedes einzelnen Einzelklemmkörpers gemeinsam arretierbar und wieder lösbar sind.
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Die Druckschrift
DE 196 03 579 A1 betrifft beispielsweise einen Formspannbacken, in der Art eines Konturstücks für eine Spannvorrichtung mit einem Klemmrahmen, einer Vielzahl von im Klemmrahmen angeordneten quer zur Rahmenebene parallel ausgerichteten und unabhängig voneinander verschiebbaren Spannstößeln und einem die Spannstößel innerhalb des Klemmrahmens gegeneinanderpressenden Klemmechanismus. Um eine gleichmäßige Arretierung der Spannstößel innerhalb des Klemmrahmens zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Spannstößel unter der Einwirkung des Klemmechanismus innerhalb des rechteckigen Klemmrahmens in Längs- und Querrichtung verspannt werden.
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Als Stand der Technik wird noch Druckschrift
DE 20 2009 007 029 U1 genannt, die ebenfalls eine modulare Spannvorrichtung in der Art eines Konturstückes darstellt, bei der die an einem Werkstück angreifende Spannfläche in eine Mehrzahl von Spannstößeln aufgeteilt ist, die unabhängig voneinander längsverschieblich gelagert sind. Die Spannvorrichtung, ermöglicht das Formspannen von Werkstücken mit unterschiedlich dreidimensional geformter Oberfläche. Dabei wird die Relativlage der Spannstößel üblicherweise durch eine laterale Fixierkraft fixiert, die gegenüber einem die Spannstößel umschließenden Rahmen aufgebracht wird. Dieser Rahmen stützt dann auch die Spannkraft ab, mit der die Spannstößel das jeweilige Werkstück spannen. Der Rahmen mit den Spannstößeln bildet einen Formspannbacken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Konturstück bezeichnete Haltevorrichtung für eine Spannvorrichtung zu schaffen, welche eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Konturanpassung an ein einzuspannendes Werkstück aufweist, und welches die am Konturstück eingestellte Negativkontur der Kontur des Werkstücks für den gewünschten Zeitraum auf einfache Weise sichert.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein klemmbares Konturstück für eine Spannvorrichtung, wobei mehrere neben- und/oder hintereinander angeordnete Einzelklemmkörper entlang ihrer Längsrichtung innerhalb des Konturstücks beweglich geführt und positionierbar sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einzelklemmkörper in einer gegenüber einem Grundgehäuse des Konturstücks beweglich angeordneten Aufnahmehülse beweglich geführt und gemeinsam arretierbar und wieder lösbar sind, wobei die Aufnahmehülse durch eine auf die Einzelklemmkörper wirkende Kraft eine Relativbewegung der Einzelklemmkörper innerhalb der Aufnahmehülse von einem Ausgangszustand in einen Anpassungszustand zulässt. Indem Anpassungszustand sind die Einzelklemmkörper lösbar in einem Spannzustand arretierbar, sobald mindestens ein Klemmelement der Aufnahmehülse durch eine Relativbewegung der Aufnahmehülse gegenüber dem Grundgehäuse arretierend auf die Einzelklemmkörper wirkt, wobei die Aufnahmehülse innerhalb des Grundgehäuses durch eine Kraft bewegt wird, die auf ein mit der Aufnahmehülse in Wirkverbindung stehendes Steuerelement wirkt, sodass die Einzelklemmkörper schließlich in der Aufnahmehülse im Spannzustand lösbar arretiert sind. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Spannungszustand passiv erzeugt wird, das heißt, es wird keine separate pneumatische und/oder hydraulische Aktorik benötigt, um den Spannungszustand herzustellen. Das Konturstück ist dadurch in vorteilhafter Weise gegenüber vergleichbaren eine Aktorik aufweisenden Konturstücken einfacher aufgebaut. Die Klemmung der Einzelklemmkörper erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen robusten Mechanismus, der durch die Schließbewegung einer Spannvorrichtung aktiviert wird, der in den Ansprüchen gelehrt und in der Beschreibung detailliert erläutert ist.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Spannvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau, mit mindestens einem zur Spannvorrichtung gehörenden Spannelement, welches mit mindestens einem Gegenlager und/oder einem weiteren Spannelement unter Zwischenschaltung eines zu einzuspannenden Bauteils/Werkstücks in einer Spannstelle zusammenwirkt, wobei dem mindestens Spannelement und/oder dem Gegenlager mindestens ein Konturstück zugeordnet ist, das mit einer Oberfläche des in der Spannstelle der Spannvorrichtung einzuspannenden Bauteils/Werkstücks zusammenwirkt, wobei mehrere neben- und/oder hintereinander angeordnete Einzelklemmkörper entlang ihrer Längsrichtung in einem Grundgehäuse des Konturstücks beweglich geführt und positionierbar sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einzelklemmkörper in der gegenüber dem Grundgehäuse des Konturstücks beweglich angeordneten Aufnahmehülse beweglich geführt und gemeinsam arretierbar und wieder lösbar sind, wobei die Einzelklemmkörper durch eine auf die Einzelklemmkörper wirkende Kraft, die
- • a) durch eine durch das Schließen der Spannvorrichtung initiierte Relativbewegung des Konturstücks gegenüber dem Bauteil/Werkstück erzeugt wird, innerhalb der die Einzelklemmkörper von einem Ausgangszustand in einen Anpassungszustand kommen.
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In dem Anpassungszustand sind die Einzelklemmkörper lösbar in einem Spannzustand arretierbar, wobei vorgesehen ist, dass
- • b) mindestens ein Klemmelement der Aufnahmehülse arretierend auf die Einzelklemmkörper wirkt, sobald eine, durch ein weiteres Schließen der Spannvorrichtung initiierte Relativbewegung des Konturstücks gegenüber dem Bauteil/Werkstück erzeugte Kraft, derart auf ein mit der Aufnahmehülse in Wirkverbindung stehendes Steuerelement wirkt, welches die Aufnahmehülse gegenüber dem Grundgehäuse bewegt, sodass die Einzelklemmkörper schließlich in der Aufnahmehülse Spannzustand lösbar arretiert sind.
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Die nachfolgenden bevorzugten Ausgestaltungen gelten somit für das Konturstück und ein in der Spannvorrichtung angeordnetes Konturstück.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das mit der Aufnahmehülse in Wirkverbindung stehende Steuerelement ein Index-Einzelklemmkörper ist, der innerhalb mehrerer Einzelklemmkörper derart angeordnet ist, sodass die zunächst auf die Einzelklemmkörper wirkende Kraft erst im Anpassungszustand der Einzelklemmkörper auf den Index-Einzelklemmkörper wirkt.
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Bevorzugt ist ferner, dass die auf die Einzelklemmkörper wirkende Klemmkraft des mindestens einen Klemmelementes im Wesentlichen orthogonal zu der in Längsrichtung des Konturstücks stattfindenden Relativbewegung der Aufnahmehülse gegenüber dem Grundgehäuse beim Übergang von dem Anpassungszustand zu dem Spannzustand wirkt.
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Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass das Grundgehäuse des Konturstücks mindestens eine Durchgangsöffnung für ein Paket von Einzelklemmkörpern oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche die Einzelklemmkörper geführt und entlang ihrer Längsrichtung verlagerbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils ein gehäuseseitiges Ende der Einzelklemmkörper in der Aufnahmehülse geführt und ein ebenfalls in der Aufnahmehülse geführtes gehäuseabgewandtes Ende der Einzelklemmkörper außerhalb des Grundgehäuses angeordnet ist.
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Im Detail ist bevorzugt vorgesehen, dass das jeweilige gehäuseseitige Ende der Einzelklemmkörper in einem Bodenelement, insbesondere einer Lochplatte in der Aufnahmehülse geführt ist, wobei sich jeder der Einzelklemmkörper über je mindestens ein Federelement auf dem Bodenelement der Aufnahmehülse derart abstützt, so dass jeder der Einzelklemmkörper gegen die Kraft des mindestens einen Federelementes relativ zu der Aufnahmehülse vom Ausgangszustand in den Anpassungszustand reversibel verlagerbar ist.
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Die erst im Anpassungszustand der Einzelklemmkörper auf den Index-Einzelklemmkörper wirkende Kraft wirkt durch die Wirkverbindung des Index-Einzelklemmkörpers mit der Aufnahmehülse beim Übergang von dem Anpassungszustand zu dem Spannzustand auf die Aufnahmehülse ein, die ferner bei der Relativbewegung gegenüber dem Grundgehäuse indirekt oder direkt gegen die Federkraft mindestens eines Ausrücker-Federelementes einwirkt, welches - bei Rücknahme der Kraft auf den Index-Einzelklemmkörper - eine Rückstellung der Aufnahmehülse vom Spannzustand in den Ausgangszustand bewirkt.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das mindestens eine Ausrücker-Federelement eine progressive Kennlinie aufweist, so dass die Aufnahmehülse gegenüber dem Grundgehäuse mit zunehmender Relativbewegung gegenüber dem Grundgehäuse durch eine zunehmende Widerstandskraft des mindestens einen Ausrücker-Federelementes in den Spannzustand einfedert, wodurch ein weicheres Ein- und Ausfedern der Aufnahmehülse gegenüber dem Grundgehäuse bewirk wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung, weist die Aufnahmehülse einen Klemmbereich und einen Einfederbereich auf, wobei das mindestens eine Klemmelement rotationssymmetrisch als integrierter Bestandteil der Aufnahmehülse ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Klemmelement in dem Klemmbereich der Aufnahmehülse angeordnet ist.
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Die bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Klemmelement
- • umfangsseitig der Aufnahmehülse im oberen Bereich des Klemmbereiches der Aufnahmehülse angeordnet ist, und sich in Längsrichtung des Konturstückes (100) erstreckt,
- • wobei die Innenkontur des Klemmelementes parallel zu den Einzelklemmkörperm und die Außenkontur des Klemmelementes in Bewegungsrichtung der Einzelklemmkörper vom Ausgangszustand in den Anpassungszustand in Längsrichtung des Konturstücks gesehen, konisch verjüngend ausgebildet,
- • wobei die Außenkontur des Klemmelementes in Bewegungsrichtung der Einzelklemmkörper vom Ausgangszustand in den Anpassungszustand in Längsrichtung des Konturstücks gesehen, eine sich konisch verbreiternde Innenkontur aufweist,
- • wobei die Außenkontur des Klemmelementes Einzelklemmkörper im Ausgangszustand parallel zu der Innenkontur des Grundgehäuses verläuft, und
- • wobei die Außenkontur des Klemmelementes im Spannungszustand der Aufnahmehülse auf die Innenkontur des Grundgehäuses aufläuft, sodass die Parallelität der Außenkontur des Klemmelementes zu der Innenkontur des Grundgehäuses im Ausgangszustand vorübergehend - solange der Spannungszustand vorliegt - aufgehoben ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufnahmehülse unterhalb des Klemmelementes Materialschwächungen in Form von sich in Längsrichtung ausgebildeten offenen Nuten und/oder Bohrungen umfasst, wodurch die Aufnahmehülse in vorteilhafter Weise im Klemmbereich der Aufnahmehülse elastisch ist und durch die orthogonal wirkende Klemmkraft derart verformt wird, sodass der Innendurchmesser der Aufnahmehülse vorübergehend - solange der Spannungszustand vorliegt - im Klemmbereich verringert wird, wodurch die bereits im Ausgangszustand dicht gepackten Einzelklemmkörper innerhalb der Aufnahmehülse im Spannungszustand untereinander verspannt werden, um den an das Bauteil/Werkstück angeformten Anpassungszustand der Einzelklemmkörper zu sichern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen in einer Zusammenschau erläutert. Bezüglich bestimmter Details wird innerhalb der Beschreibung auf diejenigen Figuren gesondert hingewiesen, die das Detail am besten verdeutlichen.
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Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch ein klemmbares Konturstück in der Art eines Konturnadelkissens in einem Ausgangszustand;
- 2 und 3 das Konturstück im Ausgangszustand (2) und vergleichend dazu das Konturstück in einem Anpassungszustand (3);
- 4 das Konturstück im Ausgangszustand mit Bewegungspfeilen zur Verdeutlichung des Übergangs zwischen dem Ausgangszustand und dem Anpassungszustand des Konturstückes;
- 5 einen quer zur Längsmittelachse verlaufenden Schnitt eines Konturstückes, welches nach dem Grundprinzip des in den 1 bis 4 dargestellten Konturstücks aufgebaut ist, wobei 5 eine perspektivisch Darstellung des Innenaufbaus des Konturstücks zeigt;
- 6 ein unterer Teil des Konturstücks gemäß 5 zur Verdeutlichung einer Ausführungsvariante;
- 7 eine Spannstelle mit einem zwischen zwei Konturstücken eingespannten Werkstück/Bauteil.
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Flexible Spannvorrichtungen erfordern ortsveränderliche Spannpunkte. Für diese Ortsveränderlichkeit stehen Spannvorrichtungen, insbesondere Spannroboter zur Verfügung.
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Nachfolgend wird der Aufbau und das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Konturstücks 100 beschrieben, welches als Haltevorrichtung einen Teil der Spannvorrichtung darstellt, wobei das Konturstück 100 mit einer Oberfläche eines Werkstücks/Bauteils 200 (vergleiche 3 und 7) zusammenwirkt.
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Die 1 bis 7 zeigen das Konturstück 100, welches einer nicht näher dargestellten Spannvorrichtung zugeordnet ist.
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Die nicht näher dargestellte Spannvorrichtung wird insbesondere im Karosseriebau verwendet, so dass die einzuspannenden Werkstücke 200 Blechteile sind.
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Das Konturstück 100 ist beispielsweise auf einem schwenkbeweglichen Spannarm, der mit einem Gegenlager unter Zwischenschaltung eines zu spannenden Bauteils/Werkstücks 200 (vergleiche die 2 bis 5) zusammenwirkt, wobei dem Spannarm und/oder dem Gegenlager mindestens ein Konturstück 100 zugeordnet ist.
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Da die verschiedenen Bauteile/Werkstücke 200, mithin die eingespannten Bauteile/Werkstücke 200 unterschiedliche Konturen an den Spannstellen aufweisen, muss auch die Auflagefläche des Konturstücks 100 entsprechend geformt sein, damit eine flächige und somit sichere Einspannung der Bauteile/Werkstücke 200 gewährleistet ist, wobei die Bauteiloberfläche nicht beschädigt werden soll.
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Das Konturstück 100 wirkt mit der zu klemmenden Oberfläche (vergleiche 7) des Bauteils/Werkstücks 200 zusammen, wobei mehrere neben- und/oder hintereinander angeordnete stangen- oder nadelförmige Einzelklemmkörper 3 (vergleiche alle Figuren) mit einander zugekehrten Flächen aneinander parallel und gegeneinander hubbeweglich geführt sind.
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Die Einzelklemmkörper 3 können somit (vergleiche 3 und 7) gemeinsam bauteilkonturabhängig - einer Kontur K des Bauteils/Werkstücks 200 folgend - an die Kontur K des Bauteils/Werkstücks 200 (Anpassungszustand II) angepasst werden, in dem jedes der im Konturstück 100 geführten Einzelklemmkörper 3 in die jeweils erforderliche Stellung gebracht wird, in der die Einzelklemmkörper 3 die Kontur K des Bauteils/Werkstücks 200 in einer Art Negativkontur nachbilden.
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Jedes der Einzelklemmkörper 3 kann in dem Anpassungszustand II innerhalb des Konturstücks 100 des Bauteils/Werkstücks 200 gemeinsam arretiert und wieder gemeinsam gelöst werden, sodass ein Spannzustand III bewirkt wird, worauf nachfolgend näher eingegangen wird.
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Die 1 zeigt in einem Schnitt das Grundprinzip des Konturstücks 100 in einer vereinfachten schematischen Darstellung in einem Ausgangszustand I.
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Die 2 zeigt die Einzelklemmkörper 3 des Konturstücks 100 ebenfalls im Ausgangszustand I und die 3 zeigt die Einzelklemmkörper 3 des Konturstücks 100 im Anpassungszustand (3) ebenfalls in vereinfachten schematischen Darstellungen.
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Die Einzelklemmkörper 3 bilden im Anpassungszustand II und im Spannzustand III (vergleiche 3 und 7) in einer Spannstelle S die Negativkontur der Kontur K eines gebogenen beispielhaft dargestellten Blechteils 200 oder Blechteilbereiches nach.
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Insbesondere zeigt 7 zwei Konturstücke 100 in der Spannstelle S, dessen Einzelklemmkörper 3 beidseitig im Anpassungszustand II beziehungsweise im Spannzustand III die Negativkontur der Kontur K des gebogenen Blechteils 200 oder Blechteilbereiches nachbilden.
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Mindestens eines der Konturstücke 100 ist mit einem nicht dargestellten Spannteil, insbesondere einem Spannarm verbunden. Zumeist ist das Konturstück 100 reversibel mit dem Spannarm verbunden, während das andere Konturstück 100 reversibel auf einem Gegenlager angeordnet ist.
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Um den Anpassungszustand II zu erreichen, wird das jeweilige Blechteil 200 eingelegt und die Spannvorrichtung wird a) in einem ersten Schritt um einen vorgebbaren Betrag geschlossen, das heißt es findet eine erste Relativbewegung zwischen Blechteil 200 und Konturstück 200 statt, wie noch weiter erläutert wird.
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Um den Spannzustand III zu erreichten, wird das bereits eingelegte jeweilige Blechteil 200 innerhalb der Spannvorrichtung b) in einem zweiten Schritt um einen weiteren vorgebbaren Betrag geschlossen, das heißt es findet eine zweite Relativbewegung zwischen Blechteil 200 und Konturstück 200 statt, wie ebenfalls noch weiter erläutert wird. Die Konturstücke 100 als Haltevorrichtungen sowie der Spannarm und das Gegenlager bilden die Spannvorrichtung.
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Einzelklemmkörper 3 sind bekannt und werden als Stößel, Kolben, Stifte oder Nadeln bezeichnet.
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Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel sind die Einzelklemmkörper 3 nadelartig ausgebildet, so dass die Einzelklemmkörper 3 als Nadeln bezeichnet werden. Das erfindungsgemäße Konturstück kann mit Stößeln, Kolben, Stiften bestückt werden.
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Mehrere Einzelklemmkörper 3, mithin im Ausführungsbeispiel mehrere Nadeln sind neben- und/oder hintereinander angeordnet, so dass von einem Nadelkissen gesprochen wird.
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Die Nadeln 3 sind beispielsweise einteilig (vergleiche die 1 bis 4), kreiszylindrisch oder zweiteilig (vergleiche 5) kreiszylindrisch ausgebildet, und weisen an ihrem im Einbauzustand gehäuseabgewandten Ende eine abgerundete Spitze 3A auf, die in Bezug auf die hertzsche Pressung zwischen zwei elastischen Körpern von Vorteil ist.
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Wie in 5 deutlich wird, können die Nadeln 3 auch zweiteilig, kreiszylindrisch ausgebildet sein, insbesondere derart, so dass zwischen einem Oberteil und einem Unterteil ein Steg 3C ausgebildet ist, an dem sich ein Federelement 4 abstützen kann.
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Gehäuseseitig weisen die Nadeln 3 unabhängig davon, ob sie ein- oder zweiteilig ausgebildet sind, einen mit der Nadel 3 innerhalb einer Vorfertigung angeordneten Radialbund 3B (vergleiche insbesondere 5) auf, der das Herausziehen der Nadel 3 aus dem Konturstück 100, insbesondere aus einem Bodenelement, insbesondere einer Lochplatte 2A einer Aufnahmehülse 2 des Konturstücks 100 verhindert.
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Gemäß einer Zusammenschau der 1 bis 7 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Nadeln 3 des Nadelkissens 100 gemeinsam hubbeweglich an die Kontur K des Bauteils/Werkstücks 200 angepasst werden, mithin gemäß infolge der definierten a) ersten Relativbewegung zwischen Bauteil/Werkstück 200 und Konturstück 100 (Nadelkissen), von einem Ausgangszustand I in einen Anpassungszustand II und von dort infolge der definierten b) zweiten Relativbewegung in einen Spannzustand III überführt werden, wobei die Bewegung der Nadeln 3 vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II und die Verspannung der Nadeln vom Anpassungszustand II in den Spannzustand III durch ein mechanisches Klemmsystem bewirkt wird, welches nachfolgend erläutert wird. Erfindungsgemäß gehen die Relativbewegungen fließend ineinander über, wobei deutlich wird, dass die Zustände ohne Aktorik innerhalb des Konturstücks 100 (Nadelkissens) bewirkbar sind.
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Das Konturstück 100 wird somit nachfolgend als ein Klemmsystem aufweisendes klemmbares Nadelkissen bezeichnet, wobei nachfolgend insbesondere auf 5 verwiesen wird.
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Das Nadelkissen 100 umfasst ein Grundgehäuse 1, welches beidseitig mit einem Deckel 1-1, 1-2 verschlossen ist, wobei der obere Deckel 1-1 eine Durchgangsöffnung 1A für die Nadeln 3 aufweist.
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Im Ausführungsbeispiel weist das Grundgehäuse 1 eine Durchgangsöffnung 1A für ein Nadelpaket auf, durch welche die Nadeln 3 einends geführt und entlang ihrer Längsrichtung insgesamt und relativ zueinander verlagerbar sind.
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Die Nadeln 3 sind zudem anderenends in Aufnahmen einer Aufnahmehülse 2 (vergleiche 1) oder einer Lochplatte 2A (vergleiche 5) der Aufnahmehülse 2 geführt.
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Die Aufnahmehülse 2 umfasst für die Nadeln 3 einen Klemmbereich 2K und einen Einfederbereich 2E.
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Der Klemmbereich 2K und der Einfederbereich 2E überdecken sich in Längsrichtung des Konturstücks 100 (vergleiche 5) gesehen, worauf noch eingegangen wird.
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Die Federelemente 4 stützen sich (unten) innerhalb des Einfederbereiches 2E einendseitig innerhalb der Aufnahme (vergleiche 1) oder auf der Lochplatte 2A (vergleiche 5) der Aufnahmehülse 2 ab.
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Anderenends stützen sich die Federelemente 4 (oben) auf den Radialbunden 3B der Nadeln 3 (vergleiche 1) oder an dafür vorgesehenen Stegen 3C der Nadeln 3 (vergleiche 5) ab.
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In 1 stützt sich die Aufnahmehülse 2 auf zwei sogenannten Ausrücker-Federelementen 6 direkt ab.
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In den 5 und 6 stützt sich die Aufnahmehülse 2 auf einem Ausrücker-Federelement 6 indirekt ab, da zwischen der Unterseite der Aufnahmehülse 2 und der Oberseite des Ausrücker-federelementes 6 ein topfartiges Übertragungselement 5 angeordnet ist, welches im Inneren einen Freiraum für die sich im Anpassungszustand II oder Spannzustand III befindenden Nadeln 3 bildet.
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Eine sich im Anpassungszustand II oder Spannzustand III befindenden Nadel 3 ist in 5 beispielhaft dargestellt, deren sich auf der Lochplatte 2A abstützendes Federelement 4 im zumindest teilweise komprimierten Zustand befindet.
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6 zeigt noch ein Polymer-Federelement 7, welches als zusätzliches Ausrücker-Federelement unterhalb des Übertragungselementes 5 angeordnet ist. Durch dieses zusätzliche Federelement 7 ergibt sich eine progressivere Federwirkung, die durch Anordnung von zwei Ausrücker-Federelementen 6, 7, im Vergleich zu der progressiven Federwirkung nur eines als Spiralfeder ausgebildeten Ausrücker-Federelementes 6 bewirkt wird.
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Die Aufnahmehülse 2 weist weiter erfindungsgemäß eine Klemmfunktion auf, die durch keilartige seitliche Klemmelemente 2-1 bewirkt wird, die im Spannzustand III quer zur Bewegungsrichtung der Nadeln 3 eine Klemmung der Nadeln 3 beziehungsweise des Nadelpaketes hervorrufen. Die Klemmelemente 2-1 können gegenüber der Aufnahmehülse 2 verschiebbar oder fest verbunden in Form eines Gelenks ausgeführt sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist bevorzugt rotationssymmetrisch ein Klemmelement 2-1 integrierter Bestandteil der Aufnahmehülse 2. Das Klemmelement 2-1 ist umfangsseitig der Aufnahmehülse 2 umlaufende im oberen Bereich des Klemmbereiches 2K der Aufnahmehülse 2 angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung des Nadelkissens 100, wobei die Innenkontur des Klemmelementes 2-1 nadelseitig parallel zu den Nadeln 3 ausgebildet ist.
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Die Außenkontur des Klemmelementes 2-1 ist dagegen, in Bewegungsrichtung der Nadeln 3 vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II in Längsrichtung des Konturstücks 100 gesehen, konisch verjüngend ausgebildet.
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Die Außenkontur des Klemmelementes 2-1, die gleichzeitig im Bereich des Klemmelementes 2-1 die Außenkontur der Aufnahmehülse 2 bildet, verläuft parallel zu der Innenkontur des Grundgehäuses 1, das somit in Bewegungsrichtung der Nadeln 3 vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II in Längsrichtung des Konturstücks 100 gesehen, eine sich konisch verbreiternde Innenkontur aufweist.
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Die konische Verjüngung der Außenkontur des mindestens einen Klemmelementes 2-1 und der konischen Erweiterung der Innenkontur der Aufnahmehülse 2 endet jedoch im Wesentlichen am unteren Ende des Klemmelementes 2-1, an dem das Grundgehäuse 1 und die Aufnahmehülse 2 wieder eine rotationssymmetrische zylindrische Außenkontur beziehungsweise Innenkontur aufweisen, so eine Relativbewegung zwischen Aufnahmehülse 2 und Grundgehäuse 1 nur solange in vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II in Längsrichtung stattfindet, bis die konische Verjüngung der Aufnahmehülse 2 auf die konische Verbreiterung des Grundgehäuses 1 unter Berücksichtigung einer Elastizität der Aufnahmehülse 2, die nachfolgend erläutert wird, aufläuft, so dass die Aufnahmehülse 2 nicht weiter in das Grundgehäuse 1 bewegbar ist.
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Die Aufnahmehülse 2 umfasst unterhalb des Klemmelementes 2-1 Materialschwächungen in Form von sich in Längsrichtung ausgebildeten offenen Nuten 2-2 und Bohrungen 2-3, wodurch die Aufnahmehülse 2 oberhalb der Lochplatte 2A eine durch die Materialschwächung vorgebbare reversible Elastizität aufweist, die im Gebrauch durch die Konizität des Klemmelementes 2-1 eine Reduzierung und Erweiterung der Innenkontur der Aufnahmehülse 2 im Klemmbereich 2K der Aufnahmehülse 2, insbesondere eine Reduzierung und Erweiterung des Innendurchmessers, in Abhängigkeit der Einschubposition der Aufnahmehülse 2 gegenüber dem Grundgehäuse 1 bewirkt, wie nachfolgend erläutert wird.
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Es besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit zwei oder vier oder sechs etc. gegenüberliegende Klemmelemente 2-1 als integrierten Bestandteil der Aufnahmehülse 2 auszubilden, die im oberen Bereich des Klemmbereiches 2K der Aufnahmehülse 2 angeordnet sind, wobei deren Innenkontur nadelseitig parallel zu den Nadeln 3 ausgebildet sind. Die Außenkontur der mehreren auf den Umfang verteilten Klemmelemente 2-1 ist dagegen, in Bewegungsrichtung der Nadeln 3 vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II in Längsrichtung des Konturstücks 100 gesehen, konisch verjüngend ausgebildet.
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Die Außenkontur der Klemmelemente 2-1, die gleichzeitig im Bereich der Klemmelemente 2-1 die Außenkontur der Aufnahmehülse 2 bildet, verlaufen wiederum parallel zu der Innenkontur des Grundgehäuses 1, das somit ebenfalls in Bewegungsrichtung der Nadeln 3 vom Ausgangszustand I in den Anpassungszustand II in Längsrichtung des Konturstücks 100 gesehen, einen sich konisch verjüngenden Innenkontur aufweist.
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Die Aufnahmehülse 2 weist analog auch bei mehreren Klemmelementen 2-1 Materialschwächungen in Form von sich in Längsrichtung ausgebildeten offenen Nuten 2-2 und Bohrungen 2-3 auf, wodurch die Aufnahmehülse 2 oberhalb der Lochplatte 2A eine durch die Materialschwächung vorgebbare reversible Elastizität aufweist.
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Wie erläutert, müssen die Nadeln 3 für ein sicheres Spannen der Bauteile/Werkstücke 200 nach dem Abformen und dem Erreichen des Anpassungszustandes fixiert werden. Diese Fixierung erforderte bisher stets eine entsprechende Aktorik. Dadurch wird die ohnehin schon hohe Komplexität einer spannroboterbasierten Vorrichtung nochmals erheblich gesteigert, wobei jede einzelne Spannstelle S zudem über zwei Konturstücke 100 verfügt.
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Das Funktionsprinzip des passiv (das heißt des nicht mit einer zusätzlichen Aktorik) klemmbaren Nadelkissens 100 beruht auf der Grundidee, dass die Nadeln 3 dicht gepackt und in der Regel zylindrisch ausgebildet sind, das heißt der Abstand zu einer benachbarten Nadel 3 ist bevorzugt gleich dem Durchmesser, so dass die Nadeln 3 möglichst flächig nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind den Anordnungsmöglichkeiten jedoch keine Grenzen gesetzt. Die Nadeln können kreisrund oder auch eckig sein.
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Alle Nadeln 3 werden einzeln beweglich und federn in der Aufnahmehülse 2 gelagert.
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Der die Kontaktflächen des Bauteils/Werkstücks 200 abformende Anpassungszustand II der Nadeln 3 wird dadurch erreicht, indem die Nadeln 3 zunächst in Kraftrichtung P1 (vergleiche 4 und 5) gegenüber dem Grundgehäuse 1 verschoben werden.
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Die Verschiebung erfolgt, indem das jeweilige Blechteil 200 eingelegt und die Spannvorrichtung wird a) in einem ersten Schritt um einen vorgebbaren Betrag geschlossen, das heißt es findet eine erste Relativbewegung zwischen Blechteil 200 und Nadelkissen 100 statt.
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Die Nadeln 3 passen sich somit gegen die Kraft, der sich auf der Lochplatte 2A abstützenden Federelemente 4 an das Bauteil/Werkstück 200 an, wobei die Federelemente 4 in den erläuterten komprimierten Zustand kommen. Der bauteilabgewandte Endbereich der Nadeln 3 verschiebt sich dabei gemäß 5 in den Freiraum des topfartigen Übertragungselementes 6
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Die Nadeln 3 bewegen sich somit gegenüber der Aufnahmehülse 2, während sich die Aufnahmehülse 2 dabei noch nicht gegenüber dem Grundgehäuse 1 bewegt.
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Das Nadelpaket umfasst dabei eine sogenannte Index-Nadel 3', deren Länge vorgebbar ist, die jedoch vom Ausgangszustand I ausgehend gegenüber den anderen Nadeln 3 um einen vorgebbaren Betrag kürzer ist. Dadurch ergibt sich der Effekt, dass das Bauteil/Werkstück 200 bei Schließen der Spannvorrichtung erst auf die Index-Nadel 3' auftrifft, wenn sich das Nadelkissen 100 bereits mittels der anderen Nadeln 3 an die Kontur K des Bauteils/Werkstücks 200 angepasst hat.
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Trifft das Bauteil/Werkstück 200 im weiteren Verlauf des Schließens der Spannvorrichtung auf die Index-Nadel 3' des Nadelkissens 100 erfolgt eine Verschiebung der Aufnahmehülse 2 gemäß dem Pfeil P2 (vergleiche 4 und 5). Die als Steuerelement angeordnete Index-Nadel 3', die fest mit der Aufnahmehülse 2 gekoppelt ist, stützt sich gemäß 1 auf dem Boden der Aufnahmehülse 2 oder gemäß 5 auf der Lochplatte 2A der Aufnahmehülse 2 ab.
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Der Klemmbereich 2K wirkt durch die Verschiebung der Aufnahmehülse 2 innerhalb des Grundgehäuses 1 jetzt auf die Nadeln 3 beziehungsweise das Nadelpaket.
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Um diesen gewünschten Spannzustand III zu erreichten, wird wie bereits erläutert, die Spannvorrichtung b) in einem zweiten Schritt um einen weiteren vorgebbaren Betrag geschlossen, das heißt es findet eine zweite Relativbewegung zwischen Blechteil 200 und Nadelkissen 200 statt. Durch diese Relativbewegung werden das oder die keilartigen Klemmelemente 2-1 quer zur Bewegungsrichtung gemäß dem Pfeil P3 (vergleiche 5) bewegt und die Aufnahmehülse 2 wird sozusagen im oberen Bereich geschlossen, wodurch sich eine Klemmkraft auf die Nadeln 3 einstellt, die so hoch ist, dass eine Relativbewegung der Nadeln 3 untereinander nicht mehr möglich ist.
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Der Moment bei dem die Klemmkraft so hoch ist, dass die Nadeln 3 untereinander nicht mehr beweglich sind, das heißt untereinander fest verklemmt sind, ist über die Länge der als Steuerstift fungierenden Index-Nadel 3' und/oder dem zwischen Aufnahmehülse 2 und Grundgehäuse 1 angeordneten Ausrücker-Federelement 5 individuell einstellbar.
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Wird beim Lösen des Bauteils/Werkstücks 200 aus der Spannstelle S die Kontaktfläche 3A der Nadeln 3 des Nadelpaketes nicht mehr mit ausreichend mit einer von außen wirkenden Kraft, insbesondere Spannkraft der Spannvorrichtung betätigt, löst sich die Klemmung und der Urzustand wird wieder hergestellt.
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Eine Rückstellung erfolgt somit durch das Öffnen der Spannvorrichtung, wodurch die auf die Aufnahmehülse 2 und die Nadeln 3 sowie die Index-Nadel 3' Kräfte aufgehoben werden, wodurch dass Ausrücker-Federelement 5 die Bauteile unter Entspannung der zuvor komprimierten Federelemente 4 in den Ausgangszustand I zurückschiebt.
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Solche formflexible Konturstücke 100 in Kombination mit Spannrobotern sind Voraussetzung für eine sehr hohe Bauteilvariantenflexibilität. Die Verwendung reicht von Spannvorrichtungen im Karosseriebau oder im Flugzeugbau. Generell können solche einfach aufgebauten passiven Konturstücke 100 überall dort eingesetzt werden, wo Bauteile und Werkstücke 200 aufgelegt oder gespannt werden.
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Bezugszeichenliste
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- S
- Spannstelle einer Spannvorrichtung
- 50
- hydraulisches System
- 100
- Haltevorrichtung/Konturstück
- 200
- Werkstück/Bauteil
- K
- Kontur des Werkstücks/Bauteils
- 1
- Grundgehäuse
- 1-1
- oberer Deckel
- 1-2
- unterer Deckel
- 1A
- Durchgangsöffnung der Einzelklemmkörper
- 2
- Aufnahmehülse
- 2A
- Bodenelement der Aufnahmehülse, Lochplatte
- 2-1
- Klemmelement
- 2-2
- Materialschwächung
- 2-3
- Materialschwächung
- 2K
- Klemmbereich
- 2E
- Einfederbereich
- 3
- Einzelklemmkörper
- 3'
- Index-Einzelklemmkörper
- 3A
- Spitze (gehäuseabgewandtes Ende)
- 3B
- Radialbund (gehäuseseitiges Ende)
- 3C
- Stege
- 4
- Federelement
- 5
- Übertragungselement
- 6
- Ausrücker-Federelement
- 7
- Ausrücker-Federelement
- I
- Ausgangszustand
- II
- Anpassungszustand
- III
- Spannzustand
- P1
- Bewegungsrichtung
- P2
- Bewegungsrichtung
- P3
- Bewegungsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010000536 U1 [0003]
- EP 0857544 A2 [0003]
- DE 102013103464 B3 [0003]
- EP 1508404 B1 [0003]
- DE 20318208 U1 [0003]
- WO 2005/051602 A1 [0003]
- DE 102008028238 A1 [0004, 0005]
- EP 2082836 A1 [0004]
- DE 202009007029 U1 [0004, 0007]
- DE 19603579 A1 [0004, 0006]
