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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Halten und/oder Unterstützen eines
Bauteils in einer Aufnahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Zur
Durchführung
von geometrischen Messaufgaben im Zuge der Fahrzeugentwicklung und
der Qualitätssicherung
muss das zu untersuchende Bauteil in einer 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. Bei der
Fixierung des Bauteils gegenüber
der Aufnahmevorrichtung durch Befestigungselemente muss auf eine
genaue und reproduzierbare Halterung für das Bauteil geachtet werden. Zusätzlich dürfen die
Befestigungselemente den Messvorgang so wenig wie möglich behindern,
so dass nicht durch die Befestigung Bereiche des Bauteils für eine Messung
unzugänglich
sind. Ferner sollen Kollisionen der Befestigungselemente mit dem Messkopf
der Koordinatenmessmaschine nach Möglichkeit vermieden werden.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
102 09 769 A1 ist ein Befestigungselement bekannt mit einem länglichen
Haltestift, dessen eines Ende mit der Aufnahmevorrichtung verbindbar
ist und dessen freies Ende eine Bauteil-Auflagefläche aufweist.
Auf dem Haltestift ist ein einen Ringmagneten umfassendes Ringelement
verschieblich angeordnet, dessen Innendurchmesser kleiner als der
Außendurchmesser des
freien Endes des Haltestifts ist. Allerdings dient das Befestigungselement
allein der Befestigung ferromagnetischer Werkstücke; zum Fixieren nicht ferromagnetischer
Werkstücke
ist ein Zusatzelement erforderlich. Ferner ist mit dem Befestigungselement keine
hochgenaue Aufnahme von Zentrierbohrungen im Bauteil möglich.
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Aus
der US-PS 3,117,484 ist ein Befestigungselement bekannt, welches
in eine Öffnung
im Bauteil eingesetzt wird und dann durch einen Federmechanismus
das Bauteil gegenüber
einer Aufnahmevorrichtung festklemmt.
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Weiterhin
zeigt die
DE 92 04
570 U1 eine Befestigungselement, welches ein Bauteil über einen durch
eine Feder vorgespannten Kugelsteckbolzen gegenüber einem zweiten Bauteil oder
einer Auflage fixiert.
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Ferner
ist in der CH-PS 540 744 ein Befestigungselement dargestellt, welches
ein Spanneisen aufweist, das durch eine Feder betätigt wird
und ein Bauteil gegenüber
einer Unterlage festsetzt.
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Bei
den drei letztgenannten Befestigungselementen handelt es sich jedoch
um relativ komplizierte Vorrichtungen, die aus mehreren, beweglich
zueinander angeordneten Einzelteilen bestehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
und einfach aufgebautes Befestigungselement vorzuschlagen, welches
ohne zusätzliche
Maßnahmen
auch bei nicht ferromagnetischen Bauteilen verwendet werden kann
und welches zur lagegenauen Fixierung im Bauteil vorhandene Zentrieröffnungen
nutzen kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Danach wird ein Befestigungselement vorgeschlagen, welches einen
Haltestift umfasst. Der Haltestift ist in einem Aufnahmebereich
mit der Aufnahmevorrichtung verbindbar. Weiterhin umfasst der Haltestift
eine mit dem Aufnahmebereich einstückig ausgebildete Schulter
zur Anlage des Bauteils sowie einen Adapterbereich, in welchem der
Haltestift eine im Bauteil vorgesehene Zentrierbohrung durchdringt,
wobei der Adapterbereich an der in Zusammenbaulage des Befestigungselements
mit dem Bauteil dem Aufnahmebereich abgewandten Seite des Bauteils
einen Verbindungsbereich bildet. Ferner umfasst das Befestigungselement
ein Fixierelement zum Fixieren des Bauteils, welches mit dem Verbindungsbereich
des Haltestifts verbindbar ist.
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Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Befestigungselements
kann die Tatsache genutzt werden, dass mit den im Bauteil vorhandenen Zentrierbohrungen
wohldefinierte Anschlagspunkte zur Verfügung stehen, deren Lage auf
dem Bauteil z.B. aus Bauteilzeichnungen genau bekannt ist. Diese
Bohrungen können
bei der Vermessung des Bauteils mitvermessen werden.
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Die
erfindungsgemäße Befestigungselement ist
sehr einfach und preiswert herzustellen. Weiterhin ist es für den Zusammenbau
mit marktüblichen
und erprobten Aufnahmevorrichtungen sehr gut geeignet.
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Beim
Ausrichten von Bauteilen in der Aufnahmevorrichtung kann eine hohe
Zeitersparnis erreicht werden, da das Bauteil mit Hilfe mehrerer
erfindungsgemäßer Befestigungselemente
schnell und sicher befestigt werden kann.
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Vorteilhafterweise
weist das Fixierelement ein Innengewinde zum Aufschrauben auf den
mit einem Außengewinde
versehenen Verbindungsbereich des Haltestifts auf. Diese Schraubverbindung stellt
eine sehr einfache und preiswerte Art der Verbindung dar (Anspruch
2).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Haltestift aus zwei lösbar
miteinander verbundenen Elementen, einem Aufnahmeelement und einem Adapterelement,
zusammengesetzt, wobei das Aufnahmeelement den Aufnahmebereich und
die Schulter sowie das Adapterelement den Adapterbereich des Haltestifts
umfasst. Zweckmäßigerweise
weist das Aufnahmeelement ein Innengewinde und das Adapterelement
einen diesem Gewinde angepassten Gewindebolzen zur lösbaren Verbindung
der beiden Elemente auf. Auf diese Weise ist eine einfache Anpassung
des Befestigungselements an Zentrierbohrungen mit unterschiedlichen
Durchmessern möglich durch
Auswechseln nur eines Elements, nämlich des Adapterelements.
Dadurch weist das Befestigungselement einen hohen Anteil an Gleichteilen
auf (Anspruch 3 und 4).
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass in der Zusammenbaulage von Haltestift,
Bauteil und Fixierelement der Adapterbereich des Haltestifts in
der von dem Bauteil abgewandten Richtung über das Fixierelement hinausragt.
So kann die Bohrung von dieser Seite des Bauteils, auf der die Messung
durchgeführt wird,
definiert erfasst werden (Anspruch 5).
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Vorteilhafterweise
kann der Aufnahmebereich des Haltestifts ein Außengewinde aufweisen. Dies
ist die einfachste und kostengünstigste
Möglichkeit,
das Befestigungselement mit der Aufnahmevorrichtung zu verbinden
(Anspruch 6).
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Weiterhin
kann zusätzlich
der Aufnahmebereich des Haltestifts hohl gestaltet werden. Dieser hohle
Bereich des Haltestifts kann als Führung für eine aufnahmeseitige Kugel
verwendet werden, so dass Schrägstellungen
des Bauteils gegenüber
der Aufnahmevorrichtung sehr einfach ausgeglichen werden können (Anspruch
7).
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Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung
hervor.
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In
den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
des Befestigungselements in Zusammenbaulage mit dem Bauteil sowie
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2 eine
alternative Ausführungsform
des Befestigungselements.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
des Befestigungselements 1. Es wird zur Fixierung eines Bauteils 2 in
einer Aufnahmevorrichtung 3, deren Verbindungsbereich hier
gestrichelt angedeutet ist, verwendet.
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Das
Befestigungselement 1 ist aus zwei Teilen zusammengesetzt,
einem Haltestift 4 sowie einem Fixierelement 5.
Der Haltestift 4 weist eine rotationssymmetrische Geometrie
auf und umfasst seinerseits drei Bereiche: Einen Aufnahmebereich 6, eine
Schulter 7 sowie einen Adapterbereich 8.
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Der
Aufnahmebereich
6 dient zur Verbindung des Befestigungselements
1 mit
der Aufnahmevorrichtung
3. In diesem Fall weist der Aufnahmebereich
6 ein
Außengewinde
9 auf,
auf das ein hohlzylindrischer Bereich der Aufnahmevorrichtung
3 aufgeschraubt
wird. Als Aufnahmevorrichtung
3 ist eine kommerziell erhältliche
Vorrichtung vorgesehen, wie sie z.B. in der
DE 92 16 764 U1 beschrieben
ist.
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Die
Schulter 7 des Haltestifts 4 umfasst eine Anlagefläche 10,
an die das Bauteil 2 angelegt wird.
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Der
Adapterbereich 8 des Haltestifts 4 durchdringt
beim Zusammenbau mit dem Bauteil 2 eine in dem Bauteil 2 vorgesehene
Zentrierbohrung 11. In der hier dargestellten Zusammenbaulage
von Befestigungselement 1 und Bauteil 2 befindet
der Adapterbereich 8 sich komplett auf der von der Aufnahmevorrichtung 3 abgewandten
Seite des Bauteils 2. Der Adapterbereich 8 umfasst
ferner einen Verbindungsbereich 12.
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Der
zweite Teil des Befestigungselements 1, das rotationssymmetrische
Fixierelement 5, befindet sich ebenfalls auf der von der
Aufnahmevorrichtung 3 abgewandten Seite des Bauteils 2.
Es erfüllt
die Funktion, das Bauteil 2 in seiner Lage zu fixieren. Dazu
wird es mit dem Verbindungsbereich 12 des Haltestifts 4 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt diese Verbindung über
ein Innengewinde 13 des Fixierelements 5, das
auf ein am Verbindungsbereich 12 vorgesehenes Außengewinde 14 aufgeschraubt
wird. Die Fixierung kann aber auch über eine andere Art der Verbindung
des Fixierelements 5 mit dem Verbindungsbereich 12 erfolgen, z.B.
mit einem Bajonettverschluss oder über eine Spannfeder im Fixierelement 5.
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Ferner
weist das Fixierelement 5 eine zylindrische Aussparung 15 auf,
so dass es nicht direkt auf dem Randbereich 16 der Zentrierbohrung 11 aufliegt. Auf
diese Weise können
Unebenheiten oder Aufwölbungen
im Randbereich 16 der Zentrierbohrung 11, die
zu einer mangelhaften Fixierung des Bauteils 2 führen würden, ausgespart
werden. Gleichzeitig wird dennoch ein flächiger Kontakt zwischen Bauteil 2 und Fixierelement 5,
in diesem Fall in Form einer Ringfläche, sichergestellt.
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Die
Fixierung eines Bauteils 2 in der Aufnahmevorrichtung 3 mit
Hilfe des Befestigungselements 1 findet in den folgenden
Schritten statt: Zunächst wird
der Haltestift 4 in der ausgerichteten Aufnahmevorrichtung 3 fixiert
bzw. eingeschraubt. Anschließend
wird das Bauteil 2 mit der Zentrierbohrung 11 über den
Adapterbereich 8 geführt,
bis es an der Anlagefläche 10 der
Schulter 7 anliegt. Von der der Aufnahmevorrichtung 3 abgewandten
Richtung wird anschließend
das Fixierelement 5 so mit dem Verbindungsbereich 12 verbunden,
dass das Bauteil 2 unbeweglich zwischen Haltestift 4 und
Fixierelement 5 fixiert ist.
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Ist
das Bauteil 2 an mehreren Stellen wie beschrieben durch
Befestigungselemente 1 fixiert und somit in seiner definierten
Lage, kann eine Vermessung des Bauteils 2, beispielsweise
mit Hilfe einer Koordinatenmessmaschine von der der Aufnahmevorrichtung 3 abgewandten
Seite durchgeführt
werden.
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Dabei
ist es vorteilhaft, wenn der Haltestift 4 in dieser Richtung über das
Fixierelement 5 herausragt, also einen Überstand 17 bildet.
Durch diesen Überstand 17 kann
beim Vermessen des Bauteils zusätzlich
die Lage sowie der Mittelpunkt der Zentrierbohrung 11 vermessen
werden. In diesem Ausführungsbeispiel
weist der Überstand 17 ein
Gewinde auf, an dem ein zur Vermessung geeigneter Messkörper, z.B.
eine Kugel, befestigt werden kann.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
Befestigungselements 1. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
von der in
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1 dargestellten
vor allem dadurch, dass der Haltestift 4 zweigeteilt ist,
in ein Aufnahmeelement 18, welches Aufnahmebereich 6 und
Schulter 7 umfasst, und ein Adapterelement 19,
welches den Adapterbereich 8 umfasst. Beide Elemente befinden sich
in der Zusammenbaulage auf unterschiedlichen Seiten des Bauteils 2 und
sind lösbar
miteinander verbunden, in diesem Fall durch einen Gewindebolzen 20 am
Aufnahmeelement 18, der in ein Innengewinde 21 am
Adapterelement 18 eingeschraubt ist. So muss, wenn Zentrierbohrungen 11 mit
unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, lediglich das Adapterelement 19 ausgetauscht
werden.
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Die
zweite Ausführungsform
des Befestigungselements 1 weist ferner eine andere Gestaltung
des Überstands 17 auf,
der hier zylinderförmig ohne
Gewinde ausgeführt
ist, was ebenfalls eine gute Vermessbarkeit der Zentrierbohrung 11 gewährleistet.
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Ein
dritter Unterschied besteht in der Ausführung des Aufnahmebereichs 6.
Er besitzt neben dem Außengewinde 9 einen
Hohlraum 22 mit einer Fase 23. Hohlraum 22 und
Fase 23 sind so gestaltet, dass sie eine zur Aufnahmevorrichtung 3 gehörige, hier gestrichelt
gezeichnete Kugel 24 aufnehmen können. Durch diese Kugel 24 können Schrägstellungen
des Bauteils relativ zur Aufnahmevorrichtung 3 ausgeglichen
werden, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Lage der Kugel 24 wird
durch einen auf das Außengewinde 9 des
Aufnahmeelements 18 aufgeschraubten Befestigungsring 25 fixiert.
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Zur
besseren Handhabbarkeit der einzelnen Bestandteile des Befestigungselements 1 können die äußeren Zylinderflächen von
Haltestift 4 und Fixierelement 5 mit einer Rändelung
versehen sein.
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Das
Befestigungselement 1 eignet sich zum Fixieren eines Werkstücks in einer
Aufnahmevorrichtung während
der Durchführung
von Messaufgaben oder während
der Durchführung
von Bear beitungsverfahren, bei denen geringe Kräfte auftreten, wie z.B. Schweißvorgänge.
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Die
Zentrierbohrungen 11, in welche das Befestigungselement 1 dabei
eingreift, müssen
dabei nicht gesondert in das Bauteil 2 eingebracht werden. Vielmehr
können
die Bohrungen zum Fixieren genutzt werden, die das Bauteil 2 sowieso
an vielen Stellen aufweist. Ihre Lage kann dabei gleich, wie oben
erläutert,
bei der Vermessung des Bauteils 2 mit vermessen werden.