DE20115099U1

DE20115099U1 - Vorrichtung zur Ausrichtung und Fixierung von Kraftfahrzeug-Bauteilen oder -Baugruppen aus Metallblech an Werkstückhalterungseinrichtungen

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Publication number: DE20115099U1
Application number: DE20115099U
Authority: DE
Original assignee: Expert Maschinenbau GmbH
Current assignee: Expert Maschinenbau GmbH
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: WO2003023238A1

Description

ZENZ · HELBER · HOSBACH & PARTNER

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Vorrichtung zur Ausrichtung und Fixierung von

Kraftfahrzeug-Bauteilen oder -Baugruppen aus Metallblech an

Werkstückhalterungseinrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung und Fixierung von Kraftfahrzeug-Bauteilen oder -Baugruppen aus Metallblech auf oder an Werkstückshalterungseinrichtungen wie z.B. Gehängen von Transport-Einheiten für Karosseriebaugruppen oder Trag- oder Spannrahmen für Kraftfahrzeug-Chassisteile etc. in der Großserienproduktion von Kraftfahrzeugen in Form wenigstens eines in der bestimmungsgemäßen Ausrichtposition in einer Öffnung im zu halternden Bauteil an der Werkstückshalterungseinrichtung befestigbaren Ausricht- und Halterungsbolzens, wobei jeder Ausricht- und Halterungsbolzen zusätzlich das Bauteil bzw. die Baugruppe nach Einführung des Bolzens in die Öffnung des Werkstücks auf der Werkstückshalterungseinrichtung fixierende Halterungsmittel vorgesehen sind.

In der Großserienproduktion von Kraftfahrzeugen, bei denen Karosserie und Kraftfahrzeug-Chassisteil auf Montagelinien

in aufeinanderfolgende Barbeitungsstationen verfahren werden, ist eine exakte Fixierung der Bauteile oder Baugruppen auf ihren Halterungseinrichtungen ebenso wie die exakte Positionierung dieser Einrichtung in den Bearbeitungs-Stationen erforderlich. Andererseits müssen die Werkstückhalterungen, wie Gehänge oder Transport- und Bearbeitungsgestelle oder -rahmen schnell und einfach mit den Werkstücken beschickt und die bearbeiteten Werkstücke dann ebenso einfach und schnell wieder abgenommen werden können, um einen schnellen Bearbeitungsfluss zu gewährleisten. Beim Aufsetzen der zu bearbeitenden bzw. zu transportierenden Kraftfahrzeug-Bauteile, die ja in der Regel von Blechpressteilen gebildet werden, wird so verfahren, dass in den Werkstücken vorhandene Aufnahmebohrungen oder -öffnungen mit an den Gehängen bzw. Halterungen vorgesehenen Zentrierdornen ausgerichtet und dann die Werkstücke auf die Zentrierdorne aufgesetzt werden bzw. die mit den Zentrierdornen versehenen Halterungen mit ausgerichteten Dornen in die Aufnahmebohrungen in den Werkstücken eingefahren werden.

Alternativ ist auch eine Halterung derart denkbar, dass die Halterungseinrichtungen mit an ihrer Unterseite vorgesehenen und mit den freien Enden nach unten weisenden Zentrierdornen über die Werkstücke mit den Aufnahmebohrungen geführt und die Dorne dann von oben in die Aufnahmeöffnungen eingefahren werden. In allen Fällen ist eine sichere und hochbelastbare Fixierung der Werkstücke auf den Dornen bzw. der Halterungseinrichtung erforderlich, um sowohl die beim Bearbeiten der Werkstücke in die Werkstückaufnahmen eingeleiteten Bearbeitungskräfte zu übertragen als auch die beim Transport auftretenden Beschleunigungs- und Bremskräfte aufzunehmen. Bei hängender Halterung an den Dornen muss außerdem das Gewicht der Werkstücke über die Dorne oder gesonderte Verriegelungsmittel abgefangen werden, während bei Auflagerung des Werkstücks auf den Halterungseinrichtungen das Gewicht selbst direkt auf das Gehänge bzw. den Transportraum übertragen wird. Eine Verriegelung dient dann nur zur Sicherung gegen Abheben bei entsprechend einwirkenden

Bearbeitungskräften.

Die Verriegelung der Werkstücke auf ihren Unterlagen erfolgte bisher so, dass die an den Halterungseinrichtungen vorgesehenen Zentrier- und Aufnahmedorne an ihrem freien Ende mit einem um die Längsmittelachse des jeweiligen Dorns verdrehbaren Exzenter versehen waren, welcher aus einer in die Querschnittsprojektion des Dorns zurückgeschwenkten Lage in eine von der Projektion des Dorns teilweise radial vorstehende Lage verdreht werden kann. Der Drehantrieb des Exzenters erfolgt in der Praxis durch einen auf seine durch den Bolzen hindurchgeführte Achse einwirkenden Mechanismus über vorzugsweise pneumatische Betätigungsvorrichtungen. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Verriegelungsexzenter Anlass zu Schwierigkeiten beim Aufsetzen und insbesondere beim Abheben der Werkstücke von den Zentrierdornen geben können, wenn nämlich der Dreh-Exzenter durch seine Antriebspneumatik nicht mit Sicherheit in die jeweilige, in die Projektion des Zentrierbolzens zurückgeschwenkte Stellung geschaltet wird. Dann kann es zu Verformungen des Blechmaterials im Bereich der Aufnahmeöffnung des Werkstücks kommen, zumal die Dreh-Exzenter in der Verriegelungsstellung ja nicht gleichmäßig ringsum an dem die Aufnahmebohrung umgebenden Material verriegeln, sondern nur an einem kleinen Umfangsbereich. Alternativ sind beim Halten von Karosserien auf Montage- bzw. Transportrahmen auch so genannte "Unterbauspanner" verwendet worden, in welche mit einem radial eingearbeiteten Schlitz versehene Zentrierdorne verwendet werden, in welchen ein Spannhaken angeordnet ist, welcher über einen Kniehebelmechanismus von einer in den Zentrierdorn zurückgezogenen Stellung in eine ausgefahrene und den zu halternden Karosserieteil im Spannbereich hintergreifende Stellung verstellbar ist. Der Kniehebel-Betätigungsmechanismus kann entweder durch eine Hebelbetätigung von Hand oder auch durch pneumatische Betätigung geschaltet werden. Auch hier hintergreift der Betätigungshaken in der Verriegelungsstellung die Aufnahmeöff-

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nung des Werkstücks nur in einem Teilbereich, so dass die Abtragung von jeweils in Axialrichtung des Spann- oder Zentrierdorns wirkenden Lasten konzentriert in einem Teilbereich der Aufnahme erfolgt.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen zur Ausrichtung und Fixierung von Kraftfahrzeug-Bauteilen auf Werkstückshalterungseinrichtungen so zu verbessern, dass sie einen einfacheren Aufbau haben und die bei den bekannten Vorrichtungen beobachteten Unzulänglichkeiten aufgrund der die Öffnung nur parziell hintergreifenden Verriegelung zu vermeiden.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dass der Ausricht- und Halterungsbolzen eine zumindest an einem Ende offene mündende konzentrisch zur Bolzenaußenfläche vorgesehene Hohlbohrung aufweist, dass in dem Bereich der Wandung des in die Öffnung des Werkstücks einzuführenden Vorderendes des Ausricht- und Halterungsbolzens, welcher in der bestimmungsgemäßen Ausricht- und Halterungsposition durch die Öffnung hindurchgeführt ist, in gleichmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung verteilt die Wandung durchsetzende radiale Bohrungen vorgesehen sind, in denen Verriegelungselemente derart radial verschieblich eingepasst sind, dass sie zwischen einer radial inneren in den Ausricht- und Halterungsbolzen zurückgezogene Einführ- und ein von der Außenwandung des Bolzens radial vortretende Verriegelungsposition verschieblich sind, dass in der Hohlbohrung des Ausricht- und Halterungsbolzens ein Betätigungsschaft längsverschieblich angeordnet ist, welcher in seinem einen im Bereich der Radialbohrungen für die Verriegelungselemente liegenden Endbereich einen Betätigungskopf aufweist, welcher sich aus zwei in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Betätigungsabschnitten zusammensetzt, von denen der eine ein zylindrischer im Durchmesser komplementär zum Innendurchmesser der Hohlbohrung bemessener Betäti-

gungsabschnitt und der andere ein an diesem zylindrischen Betätigungsabschnitt anschließender sich kegelstumpfförmig verjüngender Freigabeabschnitt ist, und dass eine den Betätigungsschaft zwischen zwei Endstellungen, in denen entweder der zylindrische Betätigungsabschnitt oder der kegelstumpf förmige Freigabeabschnitt mit den in den Radialbohrungen vorgesehenen Verriegelungselementen ausgerichtet sind, verschiebende Betätigungseinrichtung vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung wird das auf den Ausricht- und Halterungsbolzen aufgesetzte Werkstück im Bereich der Öffnung auf deren gesamtem Umfang in gleichmäßiger Verteilung verriegelt, so dass einwirkende Axialkräfte, welche das Werkstück vom Bolzen abzuheben versuchen, über den gesamten Umfang der Öffnung im Werkstück verteilt abgetragen werden.

Gleichzeitig ist die Konstruktion so ausgeführt, dass eine Schaltung von der das Aufsetzen des Werkstücks ermöglichenden Freigabestellung in die verriegelte Halterungsstellung durch einfache Axialbetätigung des Betätigungsschafts innerhalb des Zentrierbolzens möglich ist, wodurch die direkte Ankopplung eines Pneumatikzylinders an dem Betätigungsschaft oder auch die Integration des Zylinders in die Hohlbohrung des Ausricht- und Halterungsbolzens möglich ist. Der Betätigungsschaft ist dann gleichzeitig Kolbenstange des pneumatischen Betätigungszlyinders.

Der zylindrische Betätigungsabschnitt des Betätigungskopfs ist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung vor dem konischen Freigabeabschnitt am freien Ende des Betätigungsschafts angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, wenn der Betätigungsschaft durch eine unter Druckvorspannung stehende Feder in die die Verriegelungselemente in die Verriegelungsstellung drängende Endstellung vorgespannt ist. D.h. die Verriegelungsstellung wird ohne Ansteuerung einer Betätigungsvorrichtung von außen voreingestellt, und lediglich während des Aufsetz- oder Abhebevorgangs des Werkstücks muss der Betätigungsschaft entgegen der Druckvorspannung der ihn beaufschlagenden Feder verschoben werden.

Die Betätigung des Betätigungsschafts erfolgt dabei - wie bereits angesprochen - bevorzugt durch eine mit Druckmittel beaufschlagbare Betätigungseinrichtung, die aufgrund der federnden Vorspannung des Betätigungsschafts als einfach wirkende Druckluftzylindereinheit ausgebildet sein kann, welche bei Beaufschlagung ihres Arbeitsraums mit Druckluft den Betätigungsschaft entgegen der Vorspannung der Feder in die die Verriegelungselemente freigebende Endstellung verschiebt.

Die Verriegelungselemente werden dabei in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung von jeweils einer in jeder radialen Bohrung des Ausricht- und Halterungsbolzens angeordneten Kugel gebildet, deren Durchmesser jeweils im Wesentlichen gleich dem lichten Durchmesser der zugeordneten Radialbohrung bemessen ist.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Ausricht- und Halterungsbolzen in der in eine Öffnung in einem Werkstück aus Metallblech eingeführten und dieses Werkstücks verriegelnden Stellung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht durch den Ausricht- und Halterungsbolzen in der durch die Pfeile 2-2 veranschaulichten Schnittebene.

In den Zeichnungsfiguren ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter, in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeter Ausricht- und Halterungsbolzen gezeigt, der die äußere Form eines im Durchmesser kreisförmig begrenzten langgestreckten dornartigen Bolzen aufweist. Zur Vereinfachung des Ausricht- und Einführvorgangs des Bolzens 10 in die zugeordnete Öffnung 12 eines Werkstücks 14 - von dem in Figur 1 nur der unmittelbar an die Öffnung 12 anschließende Bereich gezeigt ist - weist der Bolzen 10 im Bereich seines freien Endes einen sich konisch verjüngenden oder kegelstumpf förmigen Endabschnitt 16 auf. Der hieran anschließende Abschnitt 18 des Bolzens 10 ist dagegen zylindrisch und hat einen Durchmesser der dem Durchmesser der Öffnung 12 im Werkstück entspricht. Mit Abstand unterhalb des freien Endes des Bolzens 10 ist ein radial vortretender, im Durchmesser vergrößerter Bund 20 vorgesehen, dessen zum Werkstück weisende ebenflächige Oberseite eine Anschlagfläche bildet, welche die Einführtiefe des Bolzens 10 in das Werkstück 14 bzw. durch die Öffnung 12 im Werkstück begrenzt. An den Bund 20 schließt sich in Abwärtsrichtung wiederum ein im Wesentlichen zylindrischer Abschnitt 22 an, in dessen unterem Ende ein Gewinde 24 vorgesehen ist, welches in ein zentrisch in einem kreisförmigen Befestigungsflansch 26 vorgesehenes Gegengewinde eingeschraubt ist. Im Befestigungsflansch 26 sind angesenkte Befestigungsbohrungen 28 vorgesehen, welche die Befestigung des Flanschs und somit des Ausricht- und Halterungsbolzens 10 auf einer Werkstückhalterungseinrichtung ermöglichen.

Zusätzlich sind zu den Befestigungsbohrungen 28 versetzt noch zylindrische Bohrungen 3 0 für einzuschlagende Zentrierstifte vorgesehen, welche die exakte Ausrichtung des Bolzens 10 auf einer Werkstückhalterung gewährleisten.

Der Bolzen 10 weist - wie in Figur 1 erkennbar ist - eine gestufte Hohlbohrung 3 2 auf, welche sich aus einem oberen zylindrischen und stirnseitig geschlossenen Bohrungsab-

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schnitt 32a und einem in Abwärtsrichtung hieran anschließenden zylindrischen und an der Unterseite offen mündenden Bohrungsabschnitt 32b größeren Durchmessers zusammensetzt. In der den Bohrungsabschnitt 32a stirnseitig abschließenden Wandung ist noch eine Durchgangsbohrung 34 vorgesehen, welche der Entlüftung des Bohrungsabschnitts 32a dient.

In die Bohrung 32 ist ein Betätigungsschaft 36 eingesetzt, an dessen oberem freien Ende ein Betätigungskopf 3 8 angesetzt ist, der im Wesentlichen innerhalb des Bohrungsabschnitts 32a liegt und sich aus zwei in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Betätigungskopf-Abschnitten 38a und 38b zusammensetzt. Der endständige Abschnitt 38a ist zylindrisch ausgebildet, wobei sein Außendurchmesser im Wesentliehen gleich dem Innendurchmesser des Bohrungsabschnitts 32a ist. Der in Abwärtsrichtung anschließende Betätigungsschaft-Abschnitt 3 8b verjüngt sich dagegen in Abwärtsrichtung kegelstumpfförmig und geht dann in einen im Durchmesser entsprechend verringerte Schaftabschnitt 36a über. An diesen Schaftabschnitt 36a schließt sich in Abwärtsrichtung ein wiederum im Durchmesser etwas vergrößerter Schaftabschnitt 36b an, der aus dem unteren Ende des Bohrungsabschnitts 32 der unten offen mündenden Hohlbohrung 32 herausgeführt ist und auch noch durch eine zentrische Bohrung 40 im Befestigungsflansch hindurchgeführt ist..Ein umlaufender, radial vom Schaftabschnitt 36b vorspringender Bund 3 6c, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem lichten Innendurchmesser des Bohrungsabschnitts 32b ist, stellt sicher, dass der Betätigungsschaft nur bis zu der in Figur 1 dargestellten Position in Abwärtsrichtung verschieblich ist. Zwischen der Oberseite des umlaufenden Bunds 3 6c und der am Übergang vom Bohrungsabschnitt 3 2a und 32b gebildeten ebenen radialen Stufenfläche 32c ist eine unter Druckvorspannung stehende Schraubenfeder 42 eingesetzt, welche den Betätigungsschaft in der in Figur 1 gezeigten Stellung vorspannt, in welcher der umlaufende Bund

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3 6c an die die zentrische Bohrung 4 0 umgebende ebene Fläche des Befestigungsflanschs 26 angedrückt ist.

Durch einen am äußeren Ende des Betätigungsschafts 3 6 angesetzte - nicht gezeigte - Betätigungseinrichtung, beispielsweise einen angesetzten Pneumatikzylinder, ist der Betätigungsschaft 3 6 entgegen der Vorspannung der Feder 42 so weit in den Bohrungsabschnitt 32a nach oben verschieblich, dass der Betätigungskopf-Abschnitt 38a an der oberen Stirnfläche des Bohrungsabschnitts 32a anliegt. Die oberhalb des Betätigungskopfs 38 im Abschnitt 32 enthaltene Luft wird dabei über die Bohrung 34 verdrängt.

In dem Bereich, in welchem der zylindrische Abschnitt 38a des Betätigungskopfs 3 8 in der in Figur 1 veranschaulichten Ausgangsstellung steht, sind in der Wandung des vorderen Abschnitts 18 des Bolzens in gleichmäßiger Winkelverteilung über den Umfang insgesamt sechs Radialbohrungen 46 vorgesehen, in denen als Kugeln ausgebildete Verriegelungselemente 0 4 8 angeordnet sind. Die Kugeln 4 8 sind so in die Radialbohrungen 46 eingepasst, dass sie aus der in Figur 1 erkennbaren, etwas aus den Bohrungen vortretenden Verriegelungsstellung radial nach innen verschoben werden können, wenn der Abschnitt 38a des Betätigungskopfs aus der dargestellten Lage in die zur Stirnfläche der Abschlusswandung des Bohrungsabschnitts 32a verschoben ist und dann die Kugeln im Übergangsbereich des sich konisch verjüngenden Abschnitts 38b zum Schaftabschnitt 36a des Betätigungsschafts 3 6 stehen. Aufgrund des kalottenförmig aus den Radialbohrungen vortretenden Teils der in der Verriegelungsstellung befindlichen Kugeln 48 werden diese dann beim Anheben des Werkstücks von dem die Öffnung 12 umgebenden Randbereich des Werkstücks ins Innere des Abschnitts 18 des Bolzens zurückgedrängt und das Werkstück kann ohne Schwierigkeiten 5 vom Ausricht- und Halterungsbolzen 10 abgehoben werden.

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Da der Abschnitt 32b der Hohlbohrung 32 einen deutlich größeren Durchmesser aufweist als der Abschnitt 32a, um Platz für die Feder 42 zu schaffen, ist es möglich, den zylindrischen Abschnitt 32b auch als Arbeitsraum eines in den Bolzen 10 integrierten pneumatischen Betätigungszylinder auszubilden. Der vorerwähnte gesonderte Anbau eines Druckzylinders am äußeren Ende des Betätigungsschafts 36 kann dann entfallen.

Claims

1. Vorrichtung zur Ausrichtung und Fixierung von Kraftfahrzeug-Bauteilen oder -Baugruppen aus Metallblech auf oder an Werkstückshalterungseinrichtungen wie z. B. Gehängen von Transport-Einheiten für Karosseriebaugruppen oder Trag- oder Spannrahmen für Kraftfahrzeug-Chassisteile etc. in der Großserienproduktion von Kraftfahrzeugen in Form wenigstens eines in der bestimmungsgemäßen Ausrichtposition in einer Öffnung im zu halternden Bauteil an der Werkstückshalterungseinrichtung befestigbaren Ausricht- und Halterungsbolzens, wobei jeder Ausricht- und Halterungsbolzen zusätzlich das Bauteil bzw. die Baugruppe nach Einführung des Bolzens in die Öffnung des Werkstücks auf der Werkstückshalterungseinrichtung fixierende Halterungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausricht- und Halterungsbolzen (10) eine zumindest an einem Ende offene mündende konzentrisch zur Bolzenaußenfläche vorgesehene Hohlbohrung (32) aufweist,
dass in dem Bereich der Wandung des in die Öffnung (12) des Werkstücks (14) einzuführenden Vorderendes des Ausricht- und Halterungsbolzens (10), welcher in der bestimmungsgemäßen Ausricht- und Halterungsposition durch die Öffnung (12) hindurchgeführt ist, in gleichmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung verteilt die Wandung durchsetzende radiale Bohrungen (46) vorgesehen sind, in denen Verriegelungselemente (Kugeln 48) derart radial verschieblich eingepasst sind, dass sie zwischen einer radial innere in den Ausricht- und Halterungsbolzen (10) zurückgezogene Einführ- und ein von der Außenwandung des Bolzens (10) radial vortretende Verriegelungsposition verschieblich sind,
dass in der Hohlbohrung (32) des Ausricht- und Halterungsbolzens (10) ein Betätigungsschaft (36) längsverschieblich angeordnet ist, welcher in seinem einen im Bereich der Radialbohrungen (46) für die Verriegelungselemente (Kugeln 48) liegenden Endbereich einen Betätigungskopf (38) aufweist, welcher sich aus zwei in Axialrichtung aufeinanderfolgende Betätigungsabschnitten (38a, 38b) zusammensetzt, von denen der eine ein zylindrischer im Durchmesser komplementär zum Innendurchmesser der Hohlbohrung bemessener Betätigungsabschnitt (38a) und der andere ein an diesem zylindrischen Betätigungsabschnitt anschließender sich kegelstumpfförmig verjüngender Freigabeabschnitt (38b) ist, und
dass eine den Betätigungsschaft (36) zwischen zwei Endstellungen, in denen entweder der zylindrische Betätigungsabschnitt (38a) oder der kegelstumpfförmige Freigabeabschnitt (38b) mit den in den Radialbohrungen (46) vorgesehenen Verriegelungselementen (48) ausgerichtet sind, verschiebende Betätigungseinrichtung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Betätigungsabschnitt (38a) des Betätigungskopfs (38) vor dem konischen Freigabeabschnitt (38b) am freien Ende des Betätigungsschafts (38) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsschaft (36) durch eine unter Druckvorspannung stehende Feder (42) in die die Verriegelungselemente (48) in die Verriegelungsstellung drängende Endstellung vorgespannt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Betätigungsschaft (36) eine mit Druckmittel beaufschlagbare Betätigungseinrichtung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckmittelbeaufschlagbare Betätigungseinrichtung eine einfach wirkende Druckluftzylindereinheit aufweist, die bei Beaufschlagung ihres Arbeitsraums mit Druckluft den Betätigungsschaft (36) entgegen der Vorspannung der Feder (42) in die die Verriegelungselemente freigebende Endstellung verschiebt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungselemente von jeweils einer in jeder radialen Bohrung (46) des Ausricht- und Halterungsbolzens (10) angeordneten Kugel (48) gebildet wird, deren Durchmesser jeweils im Wesentlichen gleich dem lichten Durchmesser der zugeordneten Radialbohrung (46) bemessen ist.