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Es wird ein Spannmittel zum Aufbringen einer Spann- und/oder Haltekraft auf ein Bauteil angegeben. Weiterhin werden eine Spanneinrichtung mit zumindest zwei Spannmitteln sowie eine Spannvorrichtung mit einer Mehrzahl von Spanneinrichtungen angegeben.
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Im Stand der Technik sind Spannvorrichtungen zum Positionieren von Fahrzeugblechen im Karosseriebau bekannt. Für ein genaues Zusammenfügen verschiedener Blechteile zu einer Autokarosserie ist es beispielsweise erforderlich, diese beim Schweißvorgang exakt zu fixieren. Dies geschieht durch Spannmittel bzw. Spannstellen, in denen diese Fahrzeugbleche durch Druck- und Auflagestücke maßhaltig in ihre Sollposition gebracht werden.
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In der Druckschrift
EP 0 828 586 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Einspannen von Bauteilen, bei denen es sich insbesondere um Karosseriebleche handeln kann, beschrieben. Die Bleche werden dabei zwischen einer Auflage und einem Druckstück eingespannt.
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Die Druckschrift
DE 198 57 415 A1 beschreibt eine Spannvorrichtung mit einer Spannkonsole und einem daran einstellbar befestigten Druck- und Auflagestück. Das Druck- und Auflagestück ist dabei an einer Abstützfläche über eine wechselbare Abstimmplatte abgestützt.
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Die Spannmittel bzw. Druck- oder Auflagestücke, welche mit den zu fixierenden Bauteilen in direktem Kontakt stehen, können z.B. aus Stahl oder Kunststoff gebildet sein, und deren Kontaktbereiche zu den Bauteilen sind normalerweise hinsichtlich der Geometriekontur an die zu fixierenden Bauteile angepasst sind. Beispielsweise können die Kontaktbereiche entsprechend gefräst sein.
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Aufgrund eines hohen Aufwands der konstruktiven Ausarbeitung und Fertigung der Spannmittel bzw. Auflagen verursachen Geometrieänderungen eines zu fixierenden Bauteils, beispielsweise Änderungen in der Bauteilgeometrie von Prozessvorläufern in der Fahrzeugentwicklung, hohe Kosten.
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Weiterhin sind Auflagestücke aus Kunststoff meist nicht besonders stabil und weisen bei den auftretenden Spannkräften eine hohe Bruchgefahr auf. Darüber hinaus ist auch die zur Herstellung der Auflagestücke benötigte Herstellzeit relativ hoch.
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Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Spannmittel zum Aufbringen einer Spann- und/oder Haltekraft auf ein Bauteil anzugeben, welches kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand herstellbar ist und welches eine hohe Stabilität aufweist. Weitere Aufgaben sind es, eine Spanneinrichtung mit zumindest zwei Spannmitteln sowie eine Spannvorrichtung anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstandes gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Ein hier beschriebenes Spannmittel ist zum Aufbringen einer Spann- und/oder Haltekraft auf ein Bauteil ausgebildet und weist ein Trägerelement und ein Kappenelement auf. Bei dem Bauteil, auf welches durch das Spannmittel eine Spann- und/oder Haltekraft aufgebracht werden soll, kann es sich insbesondere um ein Blechbauteil, wie z.B. ein Karosseriebauteil, handeln. Das Trägerelement weist einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Kappenelements auf. Der Aufnahmeabschnitt kann insbesondere eine Stiftform aufweisen. Das Kappenelement weist eine Auflagefläche bzw. Anlagefläche zum Kontaktieren des Bauteils auf. Vorzugsweise ist diese Auflagefläche bzw. Oberfläche des Kappenelements an die Geometrie des einzuspannenden bzw. zu haltenden Bauteils angepasst. Weiterhin kann das Kappenelement eine Mehrzahl von Seitenflächen, wie z.B. vier Seitenflächen, aufweisen, welche jeweils an die Auflagefläche angrenzen können. Das Spannmittel kann beispielsweise als Druck- oder Auflagestück einer Spanneinrichtung ausgebildet sein. Weiterhin weist das Kappenelement eine Ausnehmung auf.
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Das Kappenelement ist direkt bzw. unmittelbar mit dem Trägerelement derart verbunden, dass der Aufnahmeabschnitt des Trägerelements in die Ausnehmung des Kappenelements hineinragt. Vorzugsweise ist das Kappenelement bzw. die Ausnehmung des Kappenelements hinsichtlich der Form und/oder Größe an den Aufnahmeabschnitt des Trägerelements bzw. zumindest an einen Teil des Aufnahmeabschnitts, welcher in die Ausnehmung hineinragt, angepasst. Beispielsweise kann das Kappenelement diesen Teil des Aufnahmeabschnitts umlaufend umgreifen.
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Weiterhin ist das Kappenelement durch ein generatives Herstellungsverfahren hergestellt. Das generative Herstellungsverfahren kann hier und im Folgenden beispielsweise auch als „additives Herstellungsverfahren“, als „Rapid-Prototyping-Verfahren“, oder als „3-D-Druckverfahren“ bezeichnet werden. Vorzugsweise ist das Kappenelement durch selektives Lasersintern hergestellt. Alternativ kann das Kappenelement auch durch andere generative Herstellungsverfahren, wie z.B. durch selektives Lasersintern hergestellt sein. Das Kappenelement ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Dadurch, dass das Kappenelement durch ein generatives Herstellungsverfahren hergestellt ist, kann eine kostengünstige und zeitspannende Möglichkeit bereitgestellt werden, Druck- oder Auflagestücke in ausreichender Stückzahl zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus sind Herstellkosten und die Herstellzeit der Spannmittel besonders stark reduziert, da bei neuen ein zu spannenden Bauteilen lediglich die Kappenelemente neu hergestellt werden müssen, und die Trägerelemente weiterverwendet werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kappenelement einen Kunststoff auf oder besteht aus einem Kunststoff. Beispielsweise kann das Kappenelement einen thermoplastischen Kunststoff, wie z.B. ein Polyamid, aufweisen bzw. daraus bestehen. Das Kappenelement kann z.B. aus PA-2000 auf der Basis von Polyamid 12 hergestellt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägerelement ein Metall oder eine Metalllegierung auf. Weiterhin kann das Trägerelement aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Beispielsweise kann das Trägerelement Stahl oder eine Stahllegierung aufweisen bzw. daraus bestehen. Bei dem Stahl kann es sich z.B. um einen Baustahl handeln. Vorzugsweise ist das Trägerelement einstückig ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kappenelement durch eine stoffschlüssige Verbindung und/oder durch eine formschlüssige Verbindung und/oder durch eine reibschlüssige Verbindung mit dem Trägerelement bzw. mit dem Aufnahmeabschnitt des Trägerelements verbunden. Beispielsweise kann der in die Ausnehmung hineinragende Teil des Aufnahmeabschnitts eine Negativform bzw. Gegenform der Ausnehmung aufweisen. Weiterhin kann das Kappenelement durch eine Verklebung mit dem Trägerelement bzw. mit dem Aufnahmeabschnitt des Trägerelements verbunden sein. Dadurch kann erreicht werden, dass das Kappenelement ausreichend sicher am Trägerelement befestigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kappenelement eine Entlüftungsöffnung auf. Beispielsweise kann sich die Entlüftungsöffnung von der Ausnehmung zur Oberfläche der Auflagefläche des Kappenelements, welche das einzuspannende Bauteil kontaktiert, erstrecken. Durch die Entlüftungsöffnung kann erreicht werden, dass das Kappenelement besonders einfach auf den Aufnahmeabschnitt des Trägerelements gesteckt werden kann, da die in der Ausnehmung enthaltene Luft beim Aufstecken einfach durch die Entlüftungsöffnung entweichen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Auflagefläche des Kappenelements eine Fläche zwischen 25 mm2 und 900 mm2 auf. Bevorzugt weist die Auflagefläche des Kappenelements eine Fläche zwischen 300 mm2 und 500 mm2, besonders bevorzugt von 400 mm2, auf. Beispielsweise kann die Auflagefläche durch Seitenkanten, welche eine Länge von in etwa 20 mm aufweisen können, begrenzt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kappenelement zwischen der Auflagefläche und der Ausnehmung eine Wandstärke von mindestens 1,2 mm, bevorzugt zwischen 1,2 mm und 10 mm, und besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 8 mm, auf.
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Weiterhin kann die Ausnehmung eine Tiefe von mindestens 1,2 mm, bevorzugt von mindestens 5 mm, aufweisen. Folglich können die Seitenflächen bzw. Seitenwände des Kappenelements die Oberfläche des Aufnahmeabschnitts, welche der Auflagefläche zugewandt und in der Ausnehmung angeordnet ist, um mindestens 1,2 mm bzw. um mindestens 5 mm überragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der Seitenflächen des Kappenelements eine Beschriftung und/oder Markierung auf, sodass diese Seitenfläche von den anderen Seitenflächen einfach unterschieden werden kann und auf eine einfache Art und Weise eine korrekte Ausrichtung des Kappenelements bei der Befestigung am Trägerelement erfolgen kann. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Seitenflächen, wie z.B. drei von vier Seitenflächen, eine Beschriftung und/oder Markierung aufweisen. Darüber hinaus ist es möglich, dass zumindest eine Seitenfläche gegenüber den anderen Seitenflächen verlängert ausgebildet ist, sodass ausreichend Platz für eine Beschriftung bzw. Markierung gegeben ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Trägerelement des Spannmittels mit einem Adapterteil und/oder mit einem Trägerteil, wie z.B. einer Laserplatine, verbunden. Das Trägerelement kann direkt oder indirekt mit dem Adapterteil und/oder mit dem Trägerteil verbunden sein. Vorzugsweise ist dabei eine dem Kappenelement abgewandte Oberfläche des Trägerelements unmittelbar oder mittelbar an dem Adapterteil und/oder an dem Trägerteil befestigt. Beispielsweise können zwischen dem Trägerelement und dem Adapterteil und/oder zwischen dem Trägerelement und dem Trägerteil ein oder mehrere Distanzteile, wie z.B. sogenannte Chimps, angeordnet sein.
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Weiterhin wird eine Spanneinrichtung angegeben, welche zumindest zwei einander zugeordnete Spannmittel aufweist. Die Spannmittel sind vorzugsweise jeweils wie das oben beschriebene Spannmittel ausgebildet, das heißt die Spannmittel können ein oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Die Spanneinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, ein Blechbauteil, wie z.B. ein Karosseriebauteil, einzuspannen bzw. zu halten bzw. zu fixieren. Vorzugsweise ist eines der Spannmittel als Auflagestück bzw. als Bauteilauflage und das zugeordnete andere Spannmittel als Druckstück bzw. als Gegenspanner ausgebildet. Das Druckstück bzw. der Gegenspanner ist vorzugsweise beweglich zum Auflagestück bzw. zur Bauteilauflage ausgeführt. Die Spanneinrichtung bzw. die zwei einander zugeordneten Spannmittel können eine Spannstelle ausbilden. Vorzugsweise ist die Spanneinrichtung zum Einspannen und/oder Fixieren eines Blechbauteils, wie z.B. eines Karosseriebauteils, ausgebildet.
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Des Weiteren wird eine Spannvorrichtung angegeben, welche eine Mehrzahl von hier beschriebenen Spanneinrichtungen aufweist. Die Spannvorrichtung kann als Spanngruppe ausgebildet sein und eine Vielzahl von Spannmitteln aufweisen. Darüber hinaus wird ein Spannsystem angegeben, das eine Mehrzahl von Spannvorrichtungen aufweist. Das Spannsystem kann z.B. als Karosseriebauvorrichtung ausgebildet sein.
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Durch das hier beschriebene Spannmittel können sowohl die Herstellkosten als auch die Herstellzeit zur Herstellung von Druck- und/oder Auflagestücken stark reduziert werden. Weiterhin kann eine hohe Stabilität der Spannmittel gewährleistet werden, insbesondere da eine Bruchgefahr der Kappenelemente stark reduziert ist. Darüber hinaus ist ein einfacher Austausch der individuell gefertigten Kappenelemente möglich.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Spannmittels sowie der hier beschriebenen Spanneinrichtung und Spannvorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 6B beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Spannsystems gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Darstellung einer Spannvorrichtung des Spannsystems aus 1 gemäß dem Stand der Technik,
- 3A bis 3C schematische Darstellungen eines Spannmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4A bis 4C schematische Darstellungen eines Kappenelements eines Spannmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 5A und 5B schematische Darstellungen eines Spannmittels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
- 6A und 6B schematische Darstellungen einer Spanneinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Spannsystems 100 gemäß dem Stand der Technik, wobei das Spannsystem 100 als Karosseriebauvorrichtung ausgebildet ist. Das Spannsystem 100 weist eine Vielzahl von Spannvorrichtungen 5 auf, von welchem eine der Spannvorrichtungen 5 beispielhaft in einer schematischen Ansicht in der 2 dargestellt ist. Die Spannvorrichtung 5 weist eine Mehrzahl von Spanneinrichtungen 4, die jeweils zumindest zwei Spannmittel, wie z.B. ein Druckstück und ein Auflagestück, umfassen, auf. Durch einen Betätigungshebel 41 kann das Druckstück relativ zum Auflagestück bewegt werden bzw. kann das Spannmittel gespannt werden.
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Die 3A bis 3C zeigen schematische Darstellungen eines hier beschriebenen Spannmittels 1. Das Spannmittel 1 ist zum Aufbringen einer Spann- und/oder Haltekraft auf ein Bauteil, wie z.B. auf ein Karosseriebauteil, ausgebildet. Das Spannmittel 1 weist ein Trägerelement 2 mit einem Aufnahmeabschnitt 21 und ein Kappenelement 3 mit einer Ausnehmung 32 sowie eine Auflagefläche 31 zum Kontaktieren des Bauteils auf. Die Auflagefläche 31 ist vorzugsweise an die Oberfläche des einzuspannenden Bauteils angepasst. Verschiedene Detailansichten des Kappenelements 3 sind weiterhin in den 4A bis 4C dargestellt, wobei die 4A eine perspektivische Ansicht zeigt, die 4B eine Schnittansicht und die 4C eine Aufsicht auf die Ausnehmung 32 des Kappenelements 3.
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Das Kappenelement 3 weist eine Quader- bzw. Würfelform auf und weist neben der Auflagefläche 31 vier Seitenflächen 34 auf, welche jeweils an die Auflagefläche 31 angrenzen. Die Ausnehmung 32 des Kappenelements 3 wird durch die Auflagefläche 31 und die vier Seitenflächen 34 definiert bzw. begrenzt. Das Kappenelement 3 ist unmittelbar mit dem Trägerelement 2 derart verbunden, dass der stiftförmige Aufnahmeabschnitt 21 des Trägerelements 2 in die Ausnehmung 32 des Kappenelements 3 hineinragt. Das Kappenelement 3 ist mit seiner Ausnehmung 32 auf den Aufnahmeabschnitt 21 des Trägerelements 2 aufgesteckt. Vorzugsweise ist dadurch eine formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung hergestellt.
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Weiterhin kann das Kappenelement 3 durch eine Verklebung mit dem Trägerelement 2 bzw. mit dem Aufnahmeabschnitt 21 des Trägerelements 2 verbunden sein. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 2 und Kappenelement 3.
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Das Kappenelement 3 ist durch selektives Lasersintern hergestellt und besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff. Alternativ kann das Kappenelement 3 auch durch ein anderes additives Herstellungsverfahren hergestellt sein. Das Trägerelement 2 besteht aus einem Baustahl und weist eine Mehrzahl von Befestigungsöffnungen 9 zur Befestigung des Trägerelements 2 an einem Adapterteil oder Trägerteil auf. Im Kappenelement 3 ist eine Entlüftungsöffnung 33 vorgesehen, welches sich von der Ausnehmung 32 zur Auflagefläche 31 erstreckt. Durch die Entlüftungsöffnung 33 kann Luft beim Aufstecken des Kappenelements 3 auf das Trägerelement 2 entweichen. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Seitenfläche 34 des Kappenelements 3 eine Beschriftung und/oder Markierung aufweisen, sodass die Ausrichtung des Kappenelement 3 beim Aufstecken des Kappenelement 3 auf das Trägerelement 2 auf eine einfache Art und Weise bestimmt werden kann.
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Die Seitenflächen 34 weisen im Bereich der Ausnehmung 32 eine Abmessung bzw. eine Wandstärke c von mindestens 1,5 mm auf. Die Auflagefläche 31 weist einen Abstand a von mindestens 5 mm zur Ausnehmung 32 auf. Weiterhin ragen die Seitenflächen 34 um eine Länge b von mindestens 5 mm über das Ende des stiftförmigen Aufnahmeabschnitts 21 hinaus.
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In den 5A und 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannmittels 1 gezeigt. Im Unterschied zu dem im Zusammenhang mit den 3A bis 4C gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Spannmittel 1 ein Distanzteil 6 und ein Adapterteil 7 auf, welche mit dem Trägerelement 2 verbunden sind. Das Distanzteil 6 ist zwischen dem Adapterteil 7 und dem Trägerelement 2 angeordnet und kann auch als Chimp oder Distanzausgleichsstück bezeichnet werden. Das Adapterteil 7 weist Befestigungsöffnungen 9 zur Befestigung an einem Trägerteil, wie z.B. eine Laserplatine, auf.
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Die 6A und 6B zeigen verschiedene Ansichten einer Spanneinrichtung 4, die zwei einander zugeordnete Spannmittel 1 aufweist. Die Spannmittel 1 können dabei wie ein in den 3A bis 5B gezeigtes Spannmittel 1 ausgebildet sein. Weiterhin weist die Spanneinrichtung 4 Trägerteile 8 auf, die jeweils als Laserplatinen ausgebildet sind, und an denen die Spannmittel 1 befestigt sind. Beispielsweise können die Spannmittel 1 durch das Trägerelement 2, durch ein Distanzteil 6 oder durch ein Adapterteil 7 mit dem Trägerteil 8 verbunden sein.
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Eines der Spannmittel 1 ist als Auflagestück und eines der Spannmittel 1 als Druckstück ausgebildet. Die Spanneinrichtung 4 kann durch einen Spann- bzw. Betätigungshebel 41 geöffnet bzw. gespannt werden.
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Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannmittel
- 2
- Trägerelement
- 21
- Aufnahmeabschnitt
- 3
- Kappenelement
- 31
- Auflagefläche
- 32
- Ausnehmung
- 33
- Entlüftungsöffnung
- 34
- Seitenfläche
- 4
- Spanneinrichtung
- 41
- Betätigungshebel
- 5
- Spannvorrichtung
- 6
- Distanzteil
- 7
- Adapterteil
- 8
- Trägerteil
- 9
- Befestigungsöffnung
- 100
- Spannsystem
- a, b, c
- Abmessung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0828586 B1 [0003]
- DE 19857415 A1 [0004]
