-
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Halten
und/oder Unterstützen eines Werkstücks in einer
Werkstück-Aufnahmevorrichtung.
-
Zur Durchführung von geometrischen Meßaufgaben im Zuge der
Fahrzeugentwicklung und der Qualitätssicherung muß das zu
untersuchende Bauteil in einer Werkstück-Aufnahmevorrichtung
gelagert werden, welche eine reproduzierbare Unterstützung und
Ausrichtung des Bauteils gewährleistet. Als
Aufnahmevorrichtungen für die zu messenden Fahrzeugteile, insbesondere zur
Aufnahme großflächiger und labiler Bauteile, werden
herkömmlicherweise Meßaufnahmen verwendet, welche Anschlagpunkte bzw. -
flächen aufweisen, auf die das Bauteil in definierter Weise
aufgelegt wird. Um das Bauteil zu fixieren, werden
Befestigungselemente verwendet, die als Spanner ausgebildet sind und
die zu fixierenden Bereiche des Bauteils auf die Anschlagpunkte
drücken. Die Spanner müssen dabei bezüglich ihrer Form und
Ausrichtung exakt auf den betreffenden Anschlagpunkt angepaßt
werden, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist. Weiterhin ragen
die Spanner in das zu messende Bauteil hinein und behindern
daher den Meßvorgang: um Kollisionen des Meßmittels (insbesondere
der Meßkopfes einer Koordinatenmeßmaschine) mit den Spannern zu
vermeiden, muß die Position der Spanner bei der
Meßprogrammerstellung explizit berücksichtigt werden; weiterhin sind
aufgrund der Kollisionsproblematik in denjenigen Bereichen, in
denen Spanner vorgesehen sind, keine Messungen möglich. In
Abhängigkeit von der Meßaufgabe kann die Auswahl und Positionierung
der Spanner daher sehr aufwendig sein.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
kostengünstiges Befestigungselement zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe
dessen Werkstücke schnell in einer Aufnahmevorrichtung fixiert
werden können und welches die Zugänglichkeit der
Werkstückoberfläche für Meß- oder Bearbeitungsmittel nicht behindert.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist zweiteilig
ausgebildet und umfaßt einen Haltestift, der mit der
Aufnahmevorrichtung verbunden wird, sowie ein magnetisches Ringelement,
das verschieblich auf dem Haltestift angeordnet ist. Der
Innendurchmesser des Ringelements ist kleiner als das von der
Aufnahmevorrichtung abragende freie Ende des Haltestifts, so daß
das Ringelement nicht über dieses freie Ende hinweg abgestreift
werden kann. Auf dem freien Ende des Haltestifts ist eine
Werkstück-Auflagefläche vorgesehen, auf der das zu bearbeitende
und/oder zu messende Werkstück aufgelegt wird. Dann wird das
auf dem Haltestift aufgefädelte Ringelement zum Werkstück hin
verschoben. Besteht das Werkstück aus einem ferromagnetischen
Werkstoff, so erfährt der Ringmagnet bei Annäherung an das
Werkstück eine wachsende Anziehungskraft. Da die Verdickung des
freien Endes des Haltestifts ein (Entweichen) des Ringelements
verhindert, wird das Werkstück durch die Wirkung der seitens
des Ringmagneten auf das Werkstück ausgeübten Magnetkraft zu
der Werkstück-Auflagefläche des Haltestifts hin gezogen. Die
Fixierung des Werkstücks im Befestigungselement geschieht somit
ausschließlich durch die magnetische Anziehungskraft des
Ringelements; es sind keine zusätzlichen Spanner etc. vonnöten.
-
Beide Teile des Befestigungselements - Haltestift und
Ringelement - greifen gemeinsam auf der der Werkstückaufnahme
zugewandten Unterseite des Werkstücks an; die Werkstückoberseite
ist daher dem Meß- bzw. Bearbeitungsprozeß ohne
Beeinträchtigungen zugänglich. Somit brauchen die Befestigungselemente bei
einer Erstellung des Meß- bzw. Bearbeitungsprogramms nicht
berücksichtigt zu werden.
-
Aufgrund der geometrischen Gestaltung des Ringelements, dessen
Innendurchmessers geringer ist als der Außendurchmesser der
Haltestift-Spitze, ist das Ringelement unlösbar mit dem
Haltestift verbunden, sobald dieser in die
Werkstück-Aufnahmevorrichtung eingeschraubt worden ist; dies hat den Vorteil, daß
das Ringelement beim Entnehmen des Werkstücks aus der
Aufnahmevorrichtung nicht abfallen und nicht verloren gehen kann.
Weiterhin gestaltet sich das Einspannen eines Werkstücks in die
Aufnahmevorrichtung sehr einfach, weil lediglich die auf den
Haltestiften aufgefädelten Ringelemente zur auf den
Haltestiften aufliegenden Unterseite des Werkstücks hinbewegt werden
müssen, um das Werkstück zu fixieren.
-
Das erfindungsgemäße Befestigungselement besteht aus wenigen
Einzelteilen und ist preiswert zu fertigen. Haltestifte mit
einem Kugelkopf sind kommerziell verfügbar. Zur Herstellung des
Ringelements kann ein kommerziell erhältlicher Ringmagnet zum
Einsatz kommen, so daß die einzige Komponente des
Befestigungselements, die gesondert angefertigt werden muß, die den
Ringmagnet umgebende Hülse ist.
-
Neben den oben erwähnten Werkstücken aus ferromagnetischen
Werkstoffen können auch Werkstücke aus nicht-ferromagnetischen
Werkstoffen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Befestigungselement
fixiert werden, wenn auf die dem Befestigungselement
abgewändete Oberseite des Werkstücks - gegenüber dem magnetischen
Ringelement - ein ferromagnetisches Gegenstück aufgelegt wird; das
zu fixierende Werkstück wird in diesem Fall zwischen
Ringelement und Gegenstück eingespannt. Das Gegenstück kann bezüglich
seiner Geometrie so gestaltet werden, daß es den Meß- bzw.
Bearbeitungsvorgang unwesentlich beeinträchtigt.
-
Das freie Ende des Haltestifts ist vorzugsweise als Kugel
ausgeformt (siehe Anspruch 2). Dies hat den Vorteil, daß für das
zu haltende Werkstück - unabhängig von den genauen
Werkstückmaßen bzw. von Toleranzen - ein wohldefinierter Anschlagpunkt zur
Verfügung steht. Weiterhin hat diese Ausgestaltung den Vorteil,
daß sich der Anschlagpunkt - unabhängig von der Winkellage des
Haltestifts gegenüber der Aufnahmevorrichtung und dem Werkstück
- an einem festen Ort befindet, da der Anlagepunkt des
Werkstück an der Kugelfläche - unabhängig von der Winkellage -
immer in einem festen Abstand zum Kugelmittelpunkt liegt.
-
Der ringförmige Magnet ist zweckmäßigerweise ein
Permanentmagnet (siehe Anspruch 3); im Unterschied zu einem Elektromagneten
braucht hier keine Stromversorgung bereitgestellt zu werden. Um
eine besonders hohe Haltekraft des Befestigungselements zu
bewirken, besteht der Ringmagnet vorzugsweise aus einem
Seltenerden-Magnetwerkstoff, insbesondere aus Neodymeisen.
-
Vorteilhafterweise ist der Ringmagnet des Ringelements
zumindest abschnittsweise von einer Hülse aus einem elastischen
Kunststoff umgeben (siehe Anspruch 4). Durch diese (teilweise)
Einbettung des Magneten in Kunststoff kann erreicht werden, daß
das zu fixierende Werkstück nur mit dem - vergleichsweise
weichen - Kunststoff in Berührung kommt und somit nicht verkratzt
wird. Weiterhin ist Kunststoff wesentlich leichter zu
bearbeiten als magnetische Werkstoff; somit kann zur Herstellung des
Ringelements einen kommerziell verfügbarer
"Standard"-Ringmagnet zum Einsatz kommen, während die detaillierte geometrische
Formgebung des Ringelements durch die Gestaltung der Hülse
erfolgt. Insbesondere kann der dem Haltestift zugewandte
Innenbereich der Hülse so gestaltet sein, daß die dem Werkstück
zugewandte kugelförmige Spitze des Haltestifts immer um einen
geringen Abstand (zwischen 0,5 und 1,5 mm) aus dem Ringelement
herausragt (siehe Anspruch 5). Dies hat den Vorteil, daß das
durch das Befestigungselement fixierte Werkstück einerseits
immer auf dem Haltestift aufliegt (und somit immer eine
reproduzierbaren Abstand zum Kugelmittelpunkt hat) und daß das
Ringelement andererseits dem Werkstück sehr weit angenähert werden
kann (und somit eine starke magnetische Haltekraft auf das
Werkstück ausübt). Weiterhin ist es vorteilhaft, den
Innendurchmesser des Ringelements so groß zu wählen, daß das
Ringelement gegenüber dem Haltestift gekippt werden kann; so kann
sich das Ringelement - unabhängig von der Winkellage des
Haltestifts gegenüber dem aufliegenden Werkstück - immer
näherungsweise parallel zu dem auf der Kugel des Haltestifts
aufliegenden Werkstück ausrichten.
-
Vorteilhafterweise besteht der Haltestift aus einem nicht-
ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium (siehe
Anspruch 6). Dadurch wird sichergestellt, daß zwischen
Haltestift und Ringelement keine magnetischen Kräfte wirken, welche
die auf das zu fixierende Werkstück ausgeübte Haltekraft
beeinträchtigen. Alternativ können auch Haltestifte aus Stahl
verwendet werden.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei
zeigen:
-
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Befestigungselements mit einem näherungsweise
senkrecht auf dem Haltestift aufliegenden Werkstück;
-
Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht gemäß Fig. 1 mit einem
gekippt gegenüber dem Haltestift aufliegenden
Werkstück;
-
Fig. 3 eine Schnittansicht III-III nach Fig. 2.
-
Fig. 1 zeigt ein Befestigungselement 1, mit Hilfe dessen ein
ferromagnetisches Werkstück 2 gegenüber einer Werkstück-
Aufnahmevorrichtung 3 gehalten wird. Das Befestigungselement 1
umfaßt zwei Einzelteile, einen Haltestift 4 und ein auf diesen
Haltestift 4 aufgefädeltes Ringelement 10. Der Haltestift 4
besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff und weist an
seinem werkstückabgewandten Ende 5 ein Gewinde 6 auf, mit dem
er in ein Gewindeloch der Aufnahmevorrichtung 3 eingeschraubt
ist. Zur Fixierung der Einschraubtiefe des Haltestifts 4 in die
Werkstückaufnahme 3 ist eine Mutter/Kontermutter 7 vorgesehen.
Das werkstückzugewandte Ende 8 des Haltestifts 4 ist in Form
einer Kugel 9 gestaltet.
-
Das Ringelement 10 wird durch einen ringförmigen
Permanentmagneten 11 aus Neodymeisen gebildet, der teilweise von einer
Hülse 12 aus einem elastischen Kunststoff, z. B. aus Teflon,
gebildet ist. Der dem Haltestift 4 zugewandte Innenbereich des
Ringelements 10 weist einen ringförmig umlaufender Wulst 13 mit
einem Innendurchmesser 14 auf, der kleiner ist als der
Durchmesser 15 der Kugel 9 des Haltestifts 4; dieser Wulst 13
verhindert somit, daß das Ringelement 10 über das werkstückzugewandte
Ende 8 des Haltestifts 4 gestreift werden kann.
-
Wird ein Werkstück 2 aus einem ferromagnetischen Werkstoff dem
Befestigungselement 1 angenähert, so wirkt zwischen dem
Magneten 11 des Ringelements 10 und dem Werkstück 2 eine
Anziehungskraft, die umso größer ist, je geringer der Abstand zwischen
Werkstück 2 und Magnet 11 ist. Die größte Annäherung zwischen
Werkstück 2 und Magnet 11 - und somit die höchste
Anziehungskraft - wird erreicht, wenn das Ringelement 10 so weit wie
möglich in Richtung des bauteilzugewandten Endes 8 des Haltestifts
4 verschoben ist, während das Werkstück 2 auf der Kugel 9 des
Haltestifts 4 aufliegt. Die hierbei eingenommene Relativlage
des Ringelements 10 gegenüber dem Haltestift 4 definiert die
sogenannte "Fixierstellung" des Befestigungselements 1 und ist
in Fig. 1 und 2 in durchgehenden Linien dargestellt. In
dieser "Fixierstellung" liegt die Innenkante 16 des Wulstes 13 auf
der Kugel 9 an und verhindert eine weitere Annäherung des
Ringelements 10 an das Werkstück 2. Der Wulst 13 des Ringelements
ist so bemessen, daß in dieser "Fixierstellung" die
werkstückzugewandte Spitze 17 der Kugel 9 im einen gewissen Betrag aus
dem Ringelement 10 herausragt, so daß die Spitze 17 der Kugel 9
um die Höhe 18 (etwa 0,5 bis 1,5 mm) gegenüber der
werkstückzugewandten Stirnfläche 19 des Ringelements 10 hervorsteht.
-
In der "Fixierstellung" des Befestigungselements 1 liegt das
Werkstück 2 daher auf der aus dem Ringelement 10 herausragenden
Kugelspitze 17 des Haltestifts 4 auf und nimmt in dieser Lage
einen festen Abstand zum Kugelmittelpunkt 20 ein, welcher sich
seinerseits in einem festen (durch die Einschraubtiefe des
Haltestifts 4 in der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 3 bestimmten)
Abstand zur Werkstückaufnahme 3 befindet. Somit ist durch die
Ausgestaltung des Befestigungselements 1 eine definierte
Raumlage des Werkstücks 2 gegenüber der Aufnahmevorrichtung 3
gegeben. Die magnetische Anziehungskraft zwischen Ringmagnet 11 und
ferromagnetischem Werkstück 2 bewirkt eine Fixierung des
Werkstücks 2 in dieser Raumlage. Da das Ringelement 10 im Bereich
der das Werkstück 2 berührenden Stirnfläche 19 das elastische
Hülsenmaterial aufweist, besteht keine Gefahr einer Verkratzung
der Werkstückunterseite durch das Ringelement 10; daher können
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Befestigungselements 1 auch
Werkstücke 2 mit empfindlicher Oberfläche fixiert werden, ohne
Schaden zu nehmen.
-
Soll das Werkstück 2 aus der Aufnahmevorrichtung 3 entnommen
werden, so wird das Ringelement 10 manuell - entgegen der
magnetischen Haltekraft zwischen Werkstück 2 und Ringmagnet 11 -
in eine werkstückferne, in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Lage
überführt, welche der sogenannten "Lösestellung" des
Befestigungselements 1 entspricht. In dieser "Lösestellung" ist die
magnetische Anziehungskraft zwischen Werkstück 2 und Ringmagnet
11 zu gering, um das Ringelement 10 - entgegen der Schwerkraft
- in die "Fixierstellung" zu überführen; befindet sich das
Befestigungselement 1 in der "Lösestellung", so kann das
Werkstück 2 somit aus der Aufnahmevorrichtung 3 entnommen werden,
ohne große Leistung gegen die magnetischen Anziehungskräfte
leisten zu müssen.
-
Alternativ kann das Werkstück 2 aus einem in der
"Fixierstellung" befindlichen Befestigungselement 1 entnommen werden, wenn
das Werkstück - unter Überwindung der magnetischen
Anziehungskräfte zwischen Werkstück 2 und Ringmagnet 11 - manuell von der
Kugel 9 des Haltestifts 4 entfernt wird; das Ringelement 10
fällt dann unter der Wirkung der Schwerkraft in die
"Lösestellung" zurück.
-
Selbstverständlich braucht das Ringelement 10 in seiner
"Lösestellung" nicht - wie in Fig. 1 gezeigt - auf der
Mutter/Kontermutter 7 aufliegen, sondern kann sich - je nach
Winkellage des Haltestifts 4 - in einer beliebigen Position auf
dem Haltestift 4 befinden.
-
Der Innendurchmesser 14 und die Form des Wulstes 13 sind so auf
den Durchmesser 15 der Kugel 9 abgestimmt, daß der Wulst 13
einerseits das Abstreifen das Ringelement 10 vom Haltestift 4
verhindert, andererseits aber ein Kippen des Ringelements 10
gegenüber dem Haltestift 4 gestattet. Während der Haltestift 4
der Fig. 1 näherungsweise parallel zur (lokalen)
Flächennormale 21 des Werkstücks 2 angeordnet ist, zeigt Fig. 2 ein
Befestigungselement 1, dessen Haltestift 4 gegenüber der (lokalen)
Flächennormalen 21 des Werkstücks 2 gekippt ist. Aufgrund des
gegenüber dem Durchmesser des Haltestifts 4 vergrößerten
Innendurchmesser 14 des Ringelement-Wulstes 13 kann das Ringelement
10 die Kippung zwischen Werkstück 2 und Haltestift 4
kompensieren und richtet sich in der "Fixierstellung" - ebenso wie in
Fig. 1 - näherungsweise parallel zur Werkstückoberfläche aus,
so daß eine unverändert hohe Magnetkraft zwischen Werkstück 2
und Ringelement 10 vorliegt.
-
Das erfindungsgemäße Befestigungselement 1 kann auch zur
Fixierung von nicht-ferromagnetischen Werkstücken 2 (z. B.
Werkstücken aus Glas, Kunststoff, Aluminium etc.) verwendet werden. In
diesem Fall wird - wie in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet -
ein Permanentmagnet als Gegenstück 22 verwendet, das im Bereich
des Befestigungselements 1 auf die der Kugel 9 abgewandte
Oberseite 23 des Werkstücks 2 aufgelegt wird. Wird nun das
Ringelement 10 von der "Lösestellung" in die "Fixierstellung"
verschoben, so wirkt zwischen Ringmagnet 11 und magnetischem
Gegenstück 2 eine Magnetkraft, durch welche das Werkstück 2 zwischen
Ringelement 10 und Gegenstück 22 fixiert wird.
-
Das erfindungsgemäße Befestigungselement eignet sich zum Halten
und Fixieren von Werkstücken während der Durchführung von
Meßaufgaben sowie während der Durchführung von kräftearmen
Bearbeitungsverfahren (wie z. B. Laserschneiden).