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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen eines Formteils, insbesondere eines Karosserieteils eines Kraftfahrzeugs, mit einem das Formteil aufnehmenden Rahmen, welcher mehrere Spannelemente zum Aufspannen des Formteils an den Rahmen aufweist und wobei das Spannelement ein Halteteil mit einer Haltefläche aufweist, das über die Haltefläche am Formteil anliegt, und das Spannelement ein Klemmteil mit einer Klemmfläche aufweist und wobei das Spannelement im aufgespannten Zustand des Formteils über die Haltefläche und die Klemmfläche von entgegengesetzten Seiten das Formteil kontaktiert.
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Blechformteile, insbesondere Karosserieteile im Kraftfahrzeugkarosseriebau, werden in sogenannten Schweiß- und Montagestraßen bearbeitet, insbesondere geschweißt und gefügt. Die Formteile werden hierbei über eine Spannvorrichtung, welche eine Mehrzahl von Spannelementen umfasst, eingespannt und anschließend durch einen Schweiß- oder Fügevorgang mittels eines Industrieroboters miteinander verbunden. Die Spannstellen der Spannelemente und insbesondere die Anordnung der Spannelemente werden dabei speziell an die Geometrie und Kontur der zu bearbeitenden Formteile angepasst. Üblicherweise weisen die Spannelemente ein Paar bestehend aus zwei Spannbacken auf, zwischen welchen das Formteil eingespannt wird, um entweder das eine Formteil oder mehrere Formteile für den durchzuführenden Bearbeitungsschritt in einer wohl definierten Position zu fixieren. Zur Erzielung eines möglichst hochwertigen, präzise gearbeiteten Endprodukts, insbesondere einer Kraftfahrzeugkarosserie, ist eine sehr genaue Positionierung und Ausrichtung der Spannelemente beim erstmaligen Aufbau der Schweiß- und/oder Montagestraße notwendig. Die Spannelemente sind üblicherweise aus engtolerierten Konsolen und Konturstücken zusammengesetzt, die auf einem rahmenartig ausgebildeten Grundkörper befestigt sind. Aufgrund der Fertigungstoleranzen der Einzelelemente können die Haltevorrichtungen, und damit die jeweiligen Spannstellen, jedoch nie den vorgegebenen CAD-Daten entsprechen. Bei dem Zusammenbau der Einzelteile addieren sich die Fertigungstoleranzen zwangsläufig auf, sodass die Zusammenbauteile Geometrieabweichungen aufweisen. Um die vorgeschriebene Soll-Position für jedes einzelne Spannelement einzuhalten, werden die Haltefläche und die Klemmfläche der Spannbacken manuell vermessen und mittels austauschbaren Abstimmplättchen, so genannter Shims, justiert. Eine erforderliche Positionskorrektur erfolgt über eine Dickenänderung diskreter Abstimmplättchen, welche jeweils zwischen den Kontostücken und der Konsole angeordnet werden.
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Vor diesem Hintergrund schlägt die
DE 10 2011 115 834 A1 vor, ausgehend von einer optischen Vermessung der Spannbacken eine automatische Bearbeitung durch ein Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise ein Fräswerkzeug, durchzuführen. Auch wenn sich hierdurch eine optimale Maßhaltigkeit der Spannbacken bzw. der entsprechenden Haltefläche und Klemmfläche ergibt, lassen sich hiermit nicht variantenoffene Spannstellen realisieren. Unter variantenoffenen Spannstellen wird die Möglichkeit verstanden, über ein und dieselbe Spannvorrichtung unterschiedliche Formteile, die sich infolge ihrer Verwendung bei sogenannten Karosseriederivaten in ihren Maßen minimal unterscheiden, aufspannen zu können.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spannvorrichtung bereitzustellen, mit der wahlweise Formteile mit voneinander abweichenden Maßen in den einzuspannenden Bereichen eingespannt werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Einspannen eines Formteiles, insbesondere eines Karosserieteils eines Kraftfahrzeugs, mit einem das Formteil aufnehmenden Rahmen, welcher mehrere Spannelemente zum Aufspannen des Formteils an den Rahmen aufweist und wobei das Spannelement eine Haltebacke mit einer Haltefläche aufweist, das über die Haltefläche am Formteil anliegt, und das Spannelement eine Klemmbacke mit einer Klemmfläche aufweist und wobei das Spannelement im aufgespannten Zustand des Formteils über die Haltefläche und die Klemmfläche von entgegengesetzten Seiten das Formteil kontaktiert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die relative Position der Klemmfläche gegenüber der Haltefläche durch eine in der Klemmbacke angeordnete Gewindespindelanordnung einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß können mit dieser einfachsten Ausgestaltung der Spannvorrichtung unterschiedliche Blechdicken des ansonsten gleich konturierten Formteils eingespannt werden. Von Vorteil ist bei dieser Anordnung insbesondere, dass über die Gewindespindelanordnung lediglich kleine Verstellkräfte aufgebracht werden müssen, sodass ein entsprechender Antrieb vergleichsweise klein und leicht ausfallen kann. Weiterhin ist es durch die Gewindespindelanordnung möglich, ein internes und auf einen absoluten Bezugspunkt bezogenes Messsystem bereitzustellen, indem beispielsweise ein Endanschlag der Gewindespindelanordnung durch eine optische Vermessung als Ursprung eines absoluten Koordinatensystems bestimmt wird. Durch die Integration der Gewindespindelanordnung in das Klemmteil wird wenig Bauraum gebraucht, sodass sich eine einfache Austauschbarkeit des Standard-Klemmteils nach dem Stand der Technik gegen ein erfindungsgemäßes Klemmteil möglich ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine weitere Gewindespindelanordnung in der Haltebacke angeordnet ist, um im Zusammenwirken mit der in der Klemmbacke angeordnete ersten Gewindespindelanordnung die absolute Position der Paarung aus Haltefläche und Klemmfläche zu verstellen. Hierbei können die weitere Gewindespindelanordnung und die Gewindespindelanordnung des Klemmteils grundsätzlich einen identischen Aufbau aufweisen. Durch den Einsatz einer weiteren Gewindespindelanordnung in der Haltebacke ist es zusätzlich möglich, in den zu beklemmenden Bereichen unterschiedlich konturierte Formteile einzuspannen, solange sich die Spanne der unterschiedlichen Konturierung innerhalb des maximalen Verstellbereich der beiden Gewindespindelanordnungen befindet. Als maximaler Verstellbereich kann zweckmäßigerweise ein Weg von ca. 10 mm vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Gewindespindel der Gewindespindelanordnung über einen elektrischen Antriebsmotor drehend antreibbar ist. Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Verstellung der Gewindespindelanordnungen unabhängig von einem pneumatischen Antrieb darzustellen, so dass ein schneller Umbau der Spannvorrichtung im Falle einer Änderung des Formteils bei einer Änderung des gebauten Karosseriederivats gewährleistet ist. Insbesondere ist ein solcher Umbau innerhalb der vorgegebenen Taktzeit möglich. Auch ist es möglich, infolge der geringen Verstellkräfte, für den elektrischen Antriebsmotor einen Batteriebetrieb vorzusehen. Für den zuvor erwähnten maximalen Verstellbereich von ca. 10 mm wird eine Verstellzeit von ca. 5 Sekunden als zweckmäßig erachtet. Letztlich ist hier der endscheidende Maßstab, dass die vorgegeben Taktzeit eingehalten werden kann In einer konkreten Ausgestaltung können Linearsensoren oder Encoder zur Verstellwegerfassung vorgesehen sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Antriebsmotor über ein Kupplungselement an die Gewindespindel reversibel ankoppelbar ist. Durch die Entkopplung der Gewindespindel von dem Antrieb ist lediglich ein Kraftfluss zwischen der Gewindepaarung gegeben, so dass keine Krafteinleitung in den Antriebsmotor stattfindet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Antriebsmotor koaxial zu der Gewindespindel angeordnet ist. Diese Anordnung bietet sich an, wenn die Platzverhältnisse in Normalenrichtung zu dem Formteil nicht begrenzt sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Antriebsmotor achsversetzt zu der Gewindespindel angeordnet ist und Antriebsmotor und Gewindespindel über einen Riemen antriebsverbunden sind. Diese Anordnung bietet sich an, wenn die Platzverhältnisse in Normalenrichtung zu dem Formteil begrenzt sind. Auch kann als Übertragungsmittel von dem Antriebsmotor zu der Gewindespindel ein Schneckengetriebe oder ein Kegelradgetriebe vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gewindespindel und eine Spindelmutter der Gewindespindelanordnung über eine Feingewindepaarung verfügen. Hierdurch ist die Gewindespindelanordnung selbsthemmend und in der Lage Spann -und Bearbeitungskräfte aufzunehmen. Auch ist hierdurch die Verstellung der Gewindespindel zumindest bei geringer Auflagekrafteinwirkung möglich.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Spindelmutter über einen Hubzapfen integral mit der Haltefläche oder Klemmfläche ausgebildet ist. In konkreter Ausgestaltung ist der Hubzapfen über eine Passfeder verdrehfest in einem Gehäusezylinder der Gewindespindelanordnung gehalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
- 1 eine schematischer Darstellung eine Draufsicht einer Spannvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Spannelements nach dem Stand der Technik;
- 3, 4 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
- 5 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;
- 6 eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Antriebsmotors;
- 7 weitere Ausgestaltungsmerkmale der Haltebacke/Klemmbacke und
- 8 eine Möglichkeit der Ansteuerung der Haltebacke/Klemmbacke.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht einer Spannvorrichtung 10, die beispielsweise Teil einer Schweiß- und Montagestraße zum Bau von Kraftfahrzeugkarosserien ist. Die Spannvorrichtung 10 umfasst eine Mehrzahl von Spannelementen 20, die zum Halten bzw. Fixieren von Formteilen 1 vorgesehen sind. Die Spannelemente 20 sind an einem gemeinsamen Grundkörper 12 befestigt, welcher als Rahmen ausgeführt sein kann. Einige der Spannelemente 20 können derart ausgebildet sein, welche jeweils zwei Spannbacken 22, 30 umfassen, nämlich eine bewegliche und eine unbewegliche Spannbacke. Für die bewegliche Spannbacke kann vorgesehen sein, dass diese um eine Drehachse schwenkbar gegenüber der unbeweglichen Spannbacke beweglich ist, so dass die Spannvorrichtung zwischen einem geöffneten Zustand, in dem die Spannbacken einander beabstandet sind, und einem geschlossenen Zustand, in dem die Spannbacken im Wesentlichen nicht voneinander beabstandet sind, beweglich sind. Vergleiche hierzu 2. In dem geöffneten Zustand kann ein Formteil in die Spannelemente 20 eingelegt und entfernt werden. In dem geschlossenen Zustand der Spannelemente 20 kann ein Formteil zwischen den Spannbacken 22, 30 fixiert bzw. gehalten werden.
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Gezeigt ist ferner ein Handhabungsgerät 2, das zum Bearbeiten der Werkstücke vorgesehen ist. Beispielsweise kann von dem Handhabungsgerät 1 eine Schweißzange 3 geführt werden, mit welcher eine Schweißung der in den Spannelemente 20 gehaltenen Formteile vorgenommen werden kann. Die Positionierung und Ausrichtung der Spannelemente 20 ist speziell auf bestimmte Geometrien und/oder Konturen der zu bearbeitenden Form eingestellt. Die Qualität und die Maßhaltigkeit der insgesamt herzustellenden Fahrzeugkarosserie hängen maßgeblich von jeder einzelnen Genauigkeit ab, mit welcher die Spannelemente 20 die einzelnen Formteile halten und positionieren. Die Spannelemente 20 unterliegen bei ihrer Herstellung gewissen Maßtoleranzen, die sich bei ihrem Zusammenbau addieren, so dass die Spannelemente 20 nach dem Zusammenbau der in 1 gezeigten Anordnung justiert werden müssen, bevor der eigentliche Bearbeitungsvorgang zur Herstellung der Fahrzeugkarosserieteile beginnen kann.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Spannelements 20 mit einer unbeweglichen Haltebacke 22 und einer gegenüber der unbeweglichen Haltebacke 22 beweglichen Klemmbacke 30. Die bewegliche Klemmbacke 30 ist dabei um eine Drehachse D schwenkbar, sodass die Spannvorrichtung zwischen dem geöffneten Zustand und dem geschlossenen Zustand verschwenkbar ist. Dargestellt ist diese Beweglichkeit durch den gestrichelten Doppelpfeil. Dies kann insbesondere pneumatisch betätigt erfolgen. Im geschlossenen Zustand ist zwischen den beiden Backen 22, 30 ein Spalt ausgebildet, in welchem ein hier nicht abgebildetes Formteil fixiert werden kann. Die jeweiligen Kontaktflächen der Spannelemente 20, welche zur Fixierung des Formteils in unmittelbaren Kontakt mit dem Formteil treten, können als Haltefläche 24 beziehungsweise Klemmfläche 32 bezeichnet werden. Für die zuvor beschriebene Maßhaltigkeit der herzustellenden Fahrzeugkarosserien ist es nun entscheidend, dass diese Flächen 24, 32 genau an der Soll-Position liegt, welche beispielsweise durch ein CAD-Datenmodell vorgegeben wird. Im Stand der Technik werden die Flächen 24, 32 manuell exakt vermessen und bei einer Abweichung gegenüber der Soll-Position mittels austauschbarer Abstimmplättchen nachjustiert. Weiterhin werden im Stand der Technik Verfahren beschrieben, bei der eine optische Vermessung der Flächen 24, 32 erfolgt und bei einer Abweichung von der Soll-Position eine automatisierte Bearbeitung durch ein Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise ein Fräswerkzeug, erfolgt.
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Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Spannelement 20 in einer ersten Ausführungsform, bei der die relative Position der Klemmfläche 32 gegenüber der Haltefläche 24 durch eine in der Klemmbacke 30 angeordnete Gewindespindelanordnung 50 einstellbar ist. Auch die 3 zeigt die bewegliche Klemmbacke 30 sowohl in dem geöffneten Zustand als auch in dem geschlossenen Zustand, angedeutet durch den gestrichelten Doppelpfeil. Die Haltebacke 22 ist weiterhin in einer Weise positionierbar, indem beispielsweise nicht näher dargestellte Abstimmplättchen, sogenannte Shims, zwischen die Haltebacke 22 und einer Aufnahmekonsole 14 eingelegt werden.
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Anhand der 4a) und 4b) wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Haltebacke 22 und einer erfindungsgemäßen Klemmbacke 30 gemeinsam beschrieben, da sich ihr grundsätzlicher Aufbau nicht voneinander unterscheidet. Gezeigt ist ein Detail der Haltebacke/Klemmbacke 22, 30 und der Gewindespindelanordnung 50, um die relative Position der Haltefläche 24 bzw. Klemmfläche 32 zu verstellen. Die 4a) zeigt die Haltebacke/Klemmbacke 22, 30 in einer linear ausgefahrenen Position und die 4b) in einer linear eingefahrenen Position. Die Haltebacke/Klemmbacke 22, 30 umfasst zunächst einen Gehäusezylinder 64, in dem die Gewindespindelanordnung 50 gehalten ist. Die Gewindespindelanordnung 50 ihrerseits umfasst bevorzugt einen Hubzapfen 60, der innerhalb des Gehäusezylinders 64 in axialer Richtung geführt ist und über eine Passfeder 62 gegenüber dem Gehäusezylinder 64 drehfest gehalten ist. An dem aus dem Gehäusezylinder 64 herausragenden Ende des Hubzapfens 60 bildet diese die jeweilige Haltefläche 24 bzw. Klemmfläche 32 aus. Innerhalb des Hubzapfens 60 ist bevorzugt eine Gewindespindel 52 angeordnet, die sich einerseits an einer Schulter 66 des Gehäusezylinders 64 axial abstützt und andererseits über ein Feingewinde 68 in einer Wirkverbindung mit dem Hubzapfen 60 steht. Eine Spindelmutter 58 der Gewindespindelanordnung 50 ist bevorzugt integral mit einem zylindrischen Innenbereich des Hubzapfens 60 ausgeführt. Die Spindelmutter 62 ist somit ebenfalls mittelbar über die Passfeder 62 drehfest bezüglich des Gehäusezylinders 62 gehalten. Eine axiale Verstellung der Haltefläche 24 bzw. Klemmfläche 32 ist somit über ein Verdrehen der Gewindespindel 52 möglich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung, die ebenfalls in der 4 dargestellt ist, erfolgt der Antrieb der axialen Verstellung der Haltfläche über einen elektrischen Antriebsmotor 54, der koaxial zu der Gewindespindel 52 in deren Verlängerung angeordnet ist. Bei dem Antriebsmotor 54 kann es sich in konkreter Ausgestaltung um einen Servomotor oder einen Schrittmotor handeln. Zweckmäßig ist es, wenn der elektrische Antriebsmotor 54 an der von der Haltefläche 24 bzw. Klemmfläche 32 abgewandten Stirnseite des Gehäusezylinders 62 an diesem angeflanscht ist. Bevorzugt ist weiterhin, dass der Antriebsmotor 54 mittelbar über ein Kupplungselement 70 mit der Gewindespindel 52 lösbar verbunden werden kann. Weiterhin kann eine Staubschutzkappe 72 zwischen dem Gehäusezylinder 62 und dem über diesen hinausragenden Abschnitt des Hubzapfens 60 angeordnet sein, zum Schutz vor eindringendem Staub in die Gewindespindelanordnung 50.
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Die in der 5 gezeigte Ausführungsform zeichnet sich verglichen mit der Ausführungsform der 3 dadurch aus, dass sowohl die Haltebacke 22 als auch die Klemmbacke 30 mit einer erfindungsgemäßen Gewindespindelanordnung 50 ausgestattet ist, wie diese im Zusammenhang mit der 4 erläutert wurde. Als Alternative zu der in 5 gezeigten Ausgestaltung kann bei der oberen Klemmbacke 30 eine axial federnder Hubzapfen 60 vorgesehen sein, so dass beim Einspannen des Formteils die oberen Klemmbacke 30 eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist und über die Federbeaufschlagung sich eine annähernd gleiche Spannkraft einstellt.
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Die 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Antriebsmotors 54, der achsversetzt zu der Gewindespindel 52 angeordnet ist. Bevorzugt sind der Antriebsmotor 54 und die Gewindespindel 52 über einen Riemen 56 antriebsverbunden. Auch kann als Übertragungsmittel von dem Antriebsmotor zu der Gewindespindel ein Schneckengetriebe oder ein Kegelradgetriebe vorgesehen sein.
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Die 7 zeigt anhand der Ausgestaltung mit dem zu der Gewindespindel 52 achsversetzen Antriebsmotor weitere mögliche Ausgestaltungsmerkmale der Haltebacke/Klemmbacke 22, 30 und der Gewindespindelanordnung 50. Diese Merkmale bestehen in der Bereitstellung einer Messskalierung. Mit dem Bezugszeichen 74 ist ein Kragen bezeichnet, in den umfänglich beispielsweise 10 radiale Einprägungen 76 eingearbeitet sind und radial außerhalb des Kragens 74 eine federbeaufschlagte Rastkugel 78 angeordnet ist, so dass die Rastkugel 78 infolge der Federbeaufschlagung durch abwechselndes Eingreifen in jede der Einprägungen 76 den Kragen 74 gegen Drehung arretieren kann. In dem beschriebenen Fall der 10 Einprägungen entspricht das Versetzen des Kragens 74 um eine Einprägung genau einem axialen Verstellweg der angetriebenen Spindelmutter 58 bzw. des Hubzapfens 60 um 1/10 der Gewindesteigung des Feingewindes 68. Hierüber kann man die Haltefläche 24 bzw. Klemmfläche 32 sehr feinfühlig verstellen. Insbesondere für diese Feineinstellung im Bereich dieser Bruchteile einer Gewindesteigung kann eine händische Drehbetätigung 80 der Gewindespindel 52 vorgesehen sein. Im Bereich eines Außenumfangs des Gehäusezylinders 64 kann weiterhin eine Messskala 84 vorgesehen sein, über die eine axiale Verschiebung im Bereich von Millimetern abgelesen werden kann.
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Die 8 zeigt einen möglichen Anwendungsfall beziehungsweise eine mögliche Ansteuerung einer erfindungsgemäßen Haltebacke/Klemmbacke 22, 30. Hierbei erfolgt die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 54 über ein Hand-held oder auch ein handelsübliches Mobiltelefon und einen standardisierten USB-Anschluss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formteil
- 2
- Handhabungsgerät
- 3
- Schweißzange
- 10
- Spannvorrichtung
- 12
- Rahmen
- 14
- Aufnahmekonsole
- 20
- Spannelement
- 22
- Haltebacke
- 24
- Haltefläche
- 30
- Klemmbacke
- 32
- Klemmfläche
- 50
- Gewindespindelanordnung
- 52
- Gewindespindel
- 54
- Antriebsmotor
- 56
- Riemen
- 58
- Spindelmutter
- 60
- Hubzapfen
- 62
- Passfeder
- 64
- Gehäusezylinder
- 66
- Schulter
- 68
- Feingewinde
- 70
- Kupplungselement
- 72
- Staubschutzkappe
- 74
- Kragen
- 76
- Einprägung
- 78
- Rastkugel
- 80
- Drehbetätigung
- 82
- Mobiltelefon
- 84
- Messskala
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115834 A1 [0003]
