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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Positioniervorrichtung zum Einstellen
mittels Shimstechnik und Spannen eines Werkstückes oder Werkzeuges, mit einem
Fußteil
und einem Flanschteil zur Aufnahme des Werkstückes oder Werkzeuges.
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Im
Allgemeinen dienen Positionier- und Spannvorrichtungen dem Positionieren
bzw. Einstellen und Verbinden des Werkstückes oder des Werkzeuges in
Maschinenelementen, Anlagen, Vorrichtungen und dergleichen während der
Bearbeitung. Oft stützen
sie nicht nur die Bearbeitungskräfte
ab, sondern bringen außerdem
das Werkstück
oder Werkzeug selbsttätig
beim Positionier- und Spannvorgang in eine bestimmte, zur einwandfreien
Bearbeitung erforderliche Lage. Eine Positionier- und Spannvorrichtung
ist stets für
verschiedene Formen und Abmessungen von Werkstücken oder Werkzeugen innerhalb
eines bestimmten Bereiches verwendbar. Solche Positionier- und Spannvorrichtungen
und auch Kraftspanner sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Neben
umlaufenden Werkstück- bzw. Werkzeugspannern,
wie Spitzen, Spanndorne, Spannzangen, Spannfutter, Teileinrichtungen gibt
es auch eine Vielzahl von festen Werkstück- bzw. Werkzeugspannern,
z.B. Setzstöcke,
Spannstöcke, Magnetspanner,
Spanneisen, Spannunterlagen, Kloben usw..
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Nachteilig
bei diesen Spannvorrichtungen ist deren beschränkte Wirkrichtung, nämlich, dass
das Werkstück
oder Werkzeug nur in einer Ebene oder Achse gespannt werden kann.
Komplexere Spannvorrichtungen ermöglichen ein Spannen des Werkstückes oder
Werkzeuges auch in zwei Ebenen, nämlich in X- und Y-Richtung,
manchmal auch räumlich
in X-, Y- und Z-Richtung. Allerdings sind solche komplexen Spanngebilde
nichts anderes als aus mehreren Spannern kombinierte Vorrichtungen,
die dadurch zwangsläufig
technisch sehr aufwändig, großvolumig
und kostenintensiv sind. Für
kleinere und hochpräzise
Bearbeitungsschritte und kompaktere Arbeitsmaschinen sind solche
komplexen Spannvorrichtungen meist nicht geeignet.
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Zum
Positionieren bzw. Einstellen des Werkstückes bzw. Werkzeuges an der
Positionier- und/oder Spannvorrichtung wird häufig die so genannten Shimstechnik
angewandt. Diese wird insbesondere in der Ventiltechnik benutzt,
um Ventilspiele einzustellen. Hierbei werden Shims, d.h. Metallscheiben
oder -platten unterschiedlicher Dicke, gegebenenfalls auch unterschiedlicher
Form, verwendet, um die entsprechenden Bauteile der Vorrichtung,
des Maschinenelementes usw. zu positionieren und/oder einzustellen.
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Nachteilig
ist der erhöhte
Raumbedarf zum Positionieren bzw. Einstellen und Spannen des Werkstückes bzw.
Werkzeuges an der Positionier- bzw. Spannnvorrichtung, da die notwendigen
Bauteile zum Positionieren, insbesondere die verwendeten Shims,
außerhalb
der eigentlichen Vorrichtung zum Einsatz kommen. Dies kann vor allem
bei kompakten oder komplexen Werkstücken und Werkzeugen zu Problemen
hinsichtlich der Platzierung der Shims und Bauteile bei beengten
Raumverhältnissen
führen,
so dass sich diese gegenseitig behindern können.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Positioniervorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die kompakt ausgestaltet und kostengünstig herstellbar
und bei der das Werkstück
bzw. Werkzeug auf engstem Raum in drei Ebenen bzw. Achsen präzise einstellbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass
- a) das Fußteil eine mittige, im Querschnitt
quadratische oder rechteckige Öffnung
aufweist, an deren zumindest zwei rechtwinklig zueinander liegenden
Seitenflächen
jeweils ein Einstellklotz beliebig wählbarer Dicke befestigbar ist;
- b) das Flanschteil einen der Form der Öffnung im Fußteil entsprechenden
Zapfen mit geringeren Abmessungen als die Öffnung im Fußteil besitzt, der
in diese Öffnung
einsteckbar ist;
- c) zwischen dem Fußteil
und dem Flanschteil eine Einstellplatte beliebig wählbarer
Dicke einsetzbar ist, die eine zur Öffnung des Fußteils kongruenten Öffnung aufweist;
und
- d) der Zapfen des Flanschteils in der Öffnung des Fußteils mittels
eines Befestigungselementes befestigbar ist.
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Die
Positioniervorrichtung kann mit ihrem Fußteil auf einer Basis, beispielsweise
einem Maschinenbett oder einer Montageeinheit oder dergleichen,
befestigt werden. Bevorzugt besteht die Positioniervorrichtung aus
einer Aluminiumlegierung, aus Stahl oder aus Kunststoff, wobei die
Wahl des Werkstoffes vom Einsatzzweck der Positioniervorrichtung und
der geforderten Genauigkeit des Einstell- und Spannvorganges abhängig ist.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
besteht darin, dass die Positionierung bzw. Einstellung des Werkstückes oder
Werkzeuges in allen drei Ebenen bzw. Achsen auf engstem Raum, nämlich innerhalb
der Vorrichtung erfolgt. Somit wird nicht mehr Platz bzw. Raumvolumen
benötigt
als die Vorrichtung selbst braucht. Eine Positionierung des Werkstückes oder
Werkzeuges auf einer Montageplatte oder dergleichen ist nicht erforderlich.
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Mit
dieser Positioniervorrichtung ist es möglich, ein auf dem Flanschteil
befestigtes Werkstück oder
Werkzeug in drei Ebenen bzw. Achsen, also in X-, Y- und Z-Richtung präzise zu
positionieren bzw. einzustellen und sodann fest zu spannen. Vorzugsweise
mit Shims und Endmaßen
werden die exakten Dicken der Einstellklötze und der Einstellplatte
ermittelt. Die Anbringung der Einstellklötze der vorbestimmten und ausgewählten Dicken
an den zumindest zwei rechtwinklig zueinander liegenden Seitenflächen der Öffnung im
Fußteil
bewirkt einerseits eine exakte Maßeinstellung in X-Richtung
durch den einen Einstellklotz und anderseits in Y-Richtung durch den
anderen Einstellklotz, da dieser rechtwinklig zum Einstellklotz
in X-Richtung ausgerichtet ist.
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Die
im Querschnitt quadratische oder rechteckige Öffnung im Fußteil bewirkt
durch ihre ebenen Seitenflächen
eine verrutschsichere Anlage der Einstellklötze.
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Zusätzlich erfolgt
durch das Einsetzen der Einstellplatte mit der vorbestimmten und
ausgewählten
Dicke eine exakte Maßeinstellung
in Z-Richtung, also in der Höhe
der Positioniervorrichtung.
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Anzumerken
ist, dass generell mehrere Einstellklötze und/oder Einstellplatten
verwendet werden können,
wobei sich deren Dicken auf ein vorbestimmtes Maß addieren.
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Beim
Einsetzen des Zapfens des Flanschteils durch die Öffnung in
der Einstellplatte in die Öffnung
im Fußteil
legt sich der Zapfen an die in die Öffnung im Fußteil eingesetzten
Einstellklötze
und an die beiden freien Seitenflächen der Öffnung an. Wird nun das Befestigungselement
im Fußteil
betätigt,
so dass das Befestigungselement am Zapfen des Flanschteils eingreift,
wird der Zapfen mit dem Fußteil
und gleichzeitig die Einstellplatte mit dem Flanschteil und dem
Fußteil
fest verspannt.
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Da
der Zapfen am Flanschteil geringere Abmessungen als die Öffnung im
Fußteil
besitzt, verbleibt ein hinreichend großes Spiel, um Einstellklötze unterschiedlicher
Dicken in die Öffnung
des Fußteils einzusetzen.
Das Spiel ist dabei von der Größe der Positioniervorrichtung
selbst sowie der Differenz von den Durchmessern der Öffnung im
Fußteil
und des Zapfens im Flanschteil abhängig.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Positioniervorrichtung besitzt
diese einen rechteckigen oder kreisrunden Querschnitt, wobei das
Fußteil,
die Einstellplatte und das Flanschteil einen maßgleichen Querschnitt aufweisen.
Dadurch kann die Positioniervorrichtung sehr kompakt und preiswert
hergestellt werden.
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Nach
einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Zapfen des Flanschteils
eine Einkerbung auf, in die das am Fußteil einsetzbare Befestigungselement
den Zapfen arretierend eingreift. Die Einkerbung am Zapfen des Flanschteils
bewirkt in Verbindung mit dem vom Fußteil angreifenden Befestigungselement
eine sichere Verspannung des Fußteils,
des Flanschteils und der Einstellplatte gegeneinander. Bevorzugt
ist das Befestigungselement als Schraube ausgebildet, beispielsweise
als Innensechskantschraube oder Madenschraube.
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Weiterhin
können
die Eckbereiche der Öffnung
im Fußteil
und die Eckbereiche des Zapfens am Flanschteil abgerundet sein.
Dadurch werden scharfe Kanten vermieden, die beim häufigen Gebrauch der
Positioniervorrichtung infolge des Austausches der Einstellklötze beschädigt werden
würden
und zu Verklemmungen des Zapfens des Flanschteils in der Öffnung des
Fußteils
führen
können.
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Zweckmäßigerweise
sind die Einkerbung an einem abgerundeten Eckbereich des Zapfens
am Flanschteil ausgebildet und das Befestigungselement an einem
dazu korrespondierenden Eckbereich des Fußteils angeordnet, da diese
Flächen
den günstigsten
Angriffspunkt für
das Befestigungselement und dessen Eingriff in die Einkerbung am
Zapfen des Flanschteils bewirken.
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Zusätzlich kann
vorgesehen werden, dass die Einstellplatte und/oder das Flanschteil
mittels Stiften oder Schrauben auf dem Fußteil befestigbar ist. Diese
Maßnahme
ergibt eine weitere verrutschsichere Verbindung zwischen Flanschteil,
Einstellplatte und Fußteil
und bewirkt eine exakte Lage der Einstellplatte.
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Darüber hinaus
können
auch die Einstellklötze
mittels Stiften oder Schrauben an den rechtwinklig zueinander liegenden
Seitenflächen
der Öffnung
im Fußteil
befestigt werden, um diese verrutschsicher in der Öffnung des
Fußteils
zu arretieren.
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Weiterhin
weist nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
das Flanschteil an seiner Oberseite eine Mehrzahl von Bohrungen
zur Befestigung eines Werkstückes
oder Werkzeuges auf, dass nun, wie zuvor beschrieben, für eine weitere
Bearbeitung bzw. Handhabung exakt justiert ist.
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Der
der Erfindung zu Grunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden
Beschreibung anhand eines Ausfüh rungsbeispieles,
das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
im noch nicht verspannten Zustand und
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2 eine
Explosivdarstellung der Positioniervorrichtung gemäß 1.
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Die
Positioniervorrichtung 100 gemäß den 1 und 2 besteht
beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung. Sie umfasst als Hauptbestandteile
ein Fußteil 101,
ein Flanschteil 102 und eine zwischen diese einbringbare
Einstellplatte 103. Das Flanschteil 102 besitzt
an seiner Oberseite eine Mehrzahl von Bohrungen 104 zur
Befestigung z.B. eines Werkstückes 105,
das in 1 schematisch als Strich-Punkt-Strich-Linie dargestellt
ist. Die Positioniervorrichtung 100 hat einen rechteckigen
und in den Hauptteilen maßgleichen
Querschnitt.
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In
das Fußteil 101 ist
mittig eine quadratische Öffnung 106 eingebracht.
Jedoch sind die Eckbereiche 107 der Öffnung 106 abgerundet.
An jeder von zwei rechtwinklig zueinander liegenden inneren Seitenflächen 108 der Öffnung 106 ist
jeweils ein Einstellklotz 109, 110 mittels Schrauben 111,
von denen in 2 nur eine dargestellt ist,
befestigt, wobei die Einstellklötze 109, 110 jeweils
eine bestimmte, beliebig wählbarer
Dicke aufweisen. Hierbei kann der Einstellklotz 109 eine
andere Dicke aufweisen als der Einstellklotz 110. Der Einstell klotz 110 erlaubt
eine Maßeinstellung
zum Verspannen des Werkstückes
in X-Richtung und der Einstellklotz 109 in Y-Richtung.
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Das
Flanschteil 102 hat an seiner Unterseite einen Zapfen 112 angeformt,
der eine Form aufweist, die der Öffnung 106 im
Fußteil 101 entspricht,
jedoch geringere Abmessungen besitzt, also im Durchmesser erheblich
kleiner ist als die Öffnung 106 im
Fußteil 101.
Dieser Zapfen 112 ist an seinen Eckbereichen 113 ebenso
wie die Eckbereiche 107 der Öffnung 106 des Fußteils 101 abgerundet.
An einem dieser Eckbereiche 113 ist am Zapfen 112 des
Flanschteils 102 eine Einkerbung 114 eingefräst. In diese
Einkerbung 114 greift ein am Fußteil 101 eingesetztes
Befestigungselement 115, beispielsweise eine Innensechskantschraube,
ein, wenn das Flanschteil 102 mit dem Zapfen 112 in
das Fußteil 101 eingesetzt
wird. Dieses Befestigungselement 115 verspannt das Fußteil 101, das
Flanschteil 102 und die Einstellplatte 103 in
Relation zu den Einstellklötzen 109, 110 gegeneinander. Hierbei
unterstützt
die schräge
Fläche
der Einkerbung 114 die Spannwirkung gegen das Befestigungselement 115.
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Zwischen
dem Fußteil 101 und
dem Flanschteil 102 ist die Einstellplatte 103 angeordnet,
deren Dicke vorbestimmt ist und beliebig gewählt werden kann. Diese dient
der Maßeinstellung
zum Verspannen des Werkstückes
in Z-Richtung. Mittig der Einstellplatte 103 ist eine Öffnung 116 eingebracht,
die die gleiche Kontur und Größe aufweist,
wie die Öffnung 106 im
Fußteil 101 der Positioniervorrichtung 100.
Durch diese Öffnung 116 wird
der Zapfen 112 des Flanschteils 102 beim Verbinden
mit dem Fußteil 101 geführt. Die
Einstellplatte 103 kann mittels Stiften 117, von
denen in 2 nur einer dargestellt ist,
am Fußteil 101 arretiert
werden.
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Die
Positioniervorrichtung 100 ist gemäß 1 auf einer
schematisch dargestellten Basis 118, z.B. einem Maschinentisch,
befestigt.
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- 100
- Positioniervorrichtung
- 101
- Fußteil
- 102
- Flanschteil
- 103
- Einstellplatte
- 104
- Bohrung
- 105
- Werkstück
- 106
- Öffnung
- 107
- Eckbereich
- 108
- Seitenfläche
- 109
- Einstellklotz
- 110
- Einstellklotz
- 111
- Schraube
- 112
- Zapfen
- 113
- Eckbereich
- 114
- Einkerbung
- 115
- Befestigungselement
- 116
- Öffnung
- 117
- Stift
- 118
- Basis