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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung
oder Ausmessung eines Loches in einem Bauteil mit einem in das Loch einzuführenden
Ausricht- und Zentrierabschnitt und einem mit diesem verbundenen
Aufsatzabschnitt der bei in das Loch eingeführtem Ausricht-
und Zentrierabschnitt mit einer Anlageoberfläche auf der
das Loch umgebenden Oberfläche des Bauteils aufliegt.
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Es
ist bei zahlreichen technischen Anwendungen erforderlich, die genauen
Positionen oder Abstände einer Anzahl von in einem Bauteil
ausgebildeten Löchern zu bestimmen. Dies gilt z. B. im
Bereich des Fahrzeugbaus für Prototypen von Einzelbauteilen,
Rohbaukarossen oder Untergruppen (z. B. Blechanbauteilen), aber
auch in der Qualitätssicherung zur Überwachung
der Maßhaltigkeit solchermaßen hergestellter Bauteile.
Da eine exakte Vermessung von Löchern in Bauteilen bereits
aufgrund der nicht ohne weiteres eindeutig durchführbaren
Bestimmung der Lage eines Mittelpunktes und auch wegen Maßtoleranzen
des Loches selbst schwierig, ja nahezu unmöglich, ist,
sind für derartige Zwecke Vorrichtungen, auch als Messhilfsadapter
bezeichnet, entwickelt worden mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen ist z. B.
in der
DE 198 20 340
A1 beschrieben. Dort ist als Ausricht- und Zentrierabschnitt ein
zum Einführen in das Loch ausgebildeter Dorn vorgesehen,
der lösbar mit ei nem Aufsatzabschnitt (in dieser Druckschrift
als Aufsatzelement bezeichnet) verbunden ist unter Zwischenlage
eines magnetischen Abschnittes, mit dem der Aufsatzabschnitt auf
der Oberfläche des aus einem magnetisierbaren Metall gebildeten
Bauteils hält und in seiner Position fixiert wird.
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Die
kugelabschnittsförmige Oberfläche des Aufsatzabschnittes
kann nun von einer Messeinrichtung abgetastet werden, und es kann
aufgrund der bekannten Geometrie dieser Vorrichtung auf die Position
des mit dieser bestückten Loches, insbesondere seines Mittelpunktes,
rückgeschlossen werden.
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Der
Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht nun darin, dass sie nur
für Bauteile aus einem magnetischen oder magnetisierbaren
Material verwendet werden kann, da die Haltekräfte, die
die Vorrichtung auf der Oberfläche des Bauteils halten,
allein durch den magnetischen Abschnitt ausgeübt werden.
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Hier
soll mit der vorliegenden Erfindung Abhilfe geschaffen werden, indem
eine solche Vorrichtung angegeben wird, die zur Positionsbestimmung oder
Ausmessung von Löchern auch in Bauteilen aus nicht magnetischen
und nicht magnetisierbaren Materialien geeignet ist.
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Die
Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass bei einer Vorrichtung
gemäß der eingangs genannten Art der Ausricht-
und Zentrierabschnitt wenigstens zwei über einen Spreizmechanismus
in ihrem Abstand zu einem gedachten innerhalb der Ebene der Anlageoberfläche
liegenden Zentrum veränderbare Klemmelemente zum Verklemmen
an einem Rand des Loches aufweist.
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Durch
diese Ausgestaltung des Ausricht- und Zentrierabschnittes ist es
in einfacher Weise möglich, die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Positionsbestimmung oder Ausmessung eines Loches
in einem Loch in einem beliebigen, insbesondere also auch einem
nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Bauteil festzulegen,
indem einfach die Klemmelemente durch den Spreizmechanismus gegen
den Rand des Loches gedrückt werden und dort durch Verklemmen
gehalten werden und so die gesamte Vorrichtung in Position halten.
Darüber hinaus kann gegebenenfalls sogar, je nach der Veränderbarkeit
des Abstandes der Klemmelemente zueinander die Vorrichtung für
die Bestückung innerhalb einer vorgegebenen Spanne unterschiedlich
dimensionierter Löcher verwendet werden, ohne hierfür
den Austausch des Dornes vornehmen zu müssen, wie dies bei
einer Vorrichtung gemäß der
DE 198 20 340 A1 erforderlich
ist.
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Auch
wenn dem Grunde nach zwei einander um ein gedachtes Zentrum, welches
innerhalb der Ebene der Anlageoberfläche liegt, diametral
gegenüberliegende, in ihrem Abstand zu dem Zentrum veränderbare
Klemmelemente genügen, um eine die Vorrichtung in Position
haltende Klemmwirkung zu erzielen, so wird diese Klemmwirkung zuverlässiger erzielt,
wenn wenigstens drei Klemmelemente vorgesehen sind. Insbesondere
bevorzugt wird dabei eine Ausbildung gemäß Anspruch
2, wonach genau drei auf einer Kreislinie um das gedachte Zentrum
liegende, jeweils um einen Winkel von 120° zueinander versetzte über
den Spreizmechanismus gemeinsam und gleichmäßig
in ihren Abstand zu dem gedachten Zentrum veränderbare
Klemmelemente vorgesehen sind. Mit einer solchen Anordnung wird
bei Einbringung der Vorrichtung mit ihrem Ausricht- und Zentrierabschnitt
in ein insbesondere kreisförmiges Loch durch die Klemmelemente
der Ausricht- und Zentrierabschnitt 3 nicht nur an dem
Rand des Loches durch Verklemmen verbessert gehalten, sondern es
erfolgt zugleich auch eine zuverlässige Zentrierung der
Vorrichtung (mit dem gedachten Zentrum innerhalb der Ebene der Anlageoberfläche über
dem Mittelpunkt des Loches).
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Besonders
gut in ihrer Klemmwirkung sind die Klemmstifte, wenn sie sich zu
ihrem von der Anlageoberfläche abgewandten Ende hin keulenförmig verdicken.
Denn so wird neben dem reinen Klemmeffekt auch noch eine Zugkraft
entwickelt, die die Vorrichtung mit der Anlageoberfläche
auf die Oberfläche des Bauteils zieht.
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Als
Klemmelemente können insbesondere Klemmstifte vorgesehen
sein. Diese Klemmstifte können grundsätzlich z.
B. jeweils auf einem schlittenartig in einer Ebene parallel zu der
Anlageoberfläche geführten Halteelement angeordnet
sein, die die quer zu der Anlageoberfläche von dieser vorstehenden
Klemmstifte in Richtung des gedachten Zentrums nach innen bzw. von
dort weg nach außen bewegen. Es hat sich jedoch als besonders
vorteilhaft herausgestellt, wenn die Klemmstifte, wie gemäß in Anspruch
5 angegeben, an Lagerpunkte quer zu ihrer Längsrichtung
verschwenkbar gelagert sind und wenn der Spreizmechanismus ein von
dem gedachten Zentrum weg gerichtetes nach außen bzw. ein
auf das gedachte Zentrum hin gerichtetes nach innen Schwenken der
außerhalb der Aufsatzabschnittes liegenden, von der Anlageoberfläche
vorstehenden Enden der Klemmstifte bewirkt. Durch diese Lösung verschwenken
die freien Enden der Klemmstifte in einem in Richtung zu den freien
Enden hin gerichteten schräg von dem gedachten Zentrum
weg nach außen gerichteten Verlauf, was zusätzlich
eine Zugkraft auf die Vorrichtung aufbringt, mit der diese mit der
Anlageoberfläche auf die Oberfläche des Bauteils
zu gezogen wird. Somit wird eine zuverlässig spielfreie
Anlage der Anlageoberfläche auf der Oberfläche
des Bauteils unterstützt. Eine solche spielfreie Anlage
ist deshalb wichtig, da die Oberfläche des Aufsatzabschnittes
in klar definierter Position zu der Oberfläche des Bauteils
liegen muss, um einen zuverlässigen Referenzpunkt für
die durch Abtasten der Oberfläche des Aufsatzabschnittes
vorgenommene indirekte Vermessung der Lochgeometrie bzw. der Lage
des Loches zu bilden.
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Die
Lagerpunkte können insbesondere jenseits der Anlageoberfläche
innerhalb des Aufsatzabschnittes liegen. Denn so wird in der Ebene
der Auflageoberfläche eine Abstandsveränderung
der dort liegenden Abschnitte der Klemmstifte erreicht, die die Klemmwirkung
verbessert und – in einem gewissen Rahmen – die
Anpassung der Vorrichtung an Löcher unterschiedlicher Dimensionen,
insbesondere Durchmesser ermöglicht.
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Die
oben beschriebene Schwenkbewegung kann besonders einfach realisiert
werden, wenn der Spreizmechanismus wie in Anspruch 7 genannt einen
in dem Aufsatzabschnitt gelagerten, innerhalb des Aufsatzabschnittes
quer zu der Anlageoberfläche in seiner Längsrichtung
bewegbaren Stößel aufweist, der an seinem der
Anlageoberfläche zugewandten Ende eine sich konisch aufweitende
Steuerfläche aufweist, an der die innerhalb des Aufsatzabschnittes
jenseits der Lagerpunkte liegende Längsenden der Klemmstifte
derart anliegen, dass sie bei einer auf die Anlageoberfläche
hin gerichteten Bewegung des Stößen aufeinander
zu und bei einer von der Anlageoberfläche weg gerichteten
Bewegung des Stößels voneinander weg gezwungen
werden. Ein solcher mit einer konischen Steuerfläche ausgerüsteter
Stößel besorgt auf einfache Weise eine Umsetzung
einer Längsbewegung in die Schwenkbewegung der Stößel.
Eine Längsbewegung, die auf den Stößel
z. B. mittels eines außerhalb des Aufsatzabschnittes liegenden
Bestätigungselementes (vgl. Anspruch 11) ausgeübt
werden kann, ist eine einfach hervorzurufende Bewegung, erlaubt
die Anbringung eines robusten und einfachen Betätigungselementes (z.
B. eines Druck- bzw. Zugkopfes).
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Besonders
zuverlässig wird die Ausgestaltung mit dem Stößel,
wenn an diesem relativ zu der Steuerfläche ortsfest eine
topfartige Aufnahme angeordnet ist mit einer im Wesentlichen parallel
zu der Steuerfläche des Stößel sich konisch
aufweitenden Führungsfläche und wenn die Klemmstifte
mit ihren in dem Aufsatzabschnitt liegenden Längsenden
in einem zwischen der Steuerfläche und der Führungsfläche
gebildeten Ringraum liegen. Bei dieser Ausgestaltung sind die innerhalb
des Aufsatzabschnittes liegenden Längsenden der Klemmstifte
gleichermaßen in dem Ringraum gefangen und dort besonders gut
zwangsgeführt, so dass sich eine zuverlässige Funktion
des Spreizmechanismus und damit eine Betätigung der Klemmstifte
zur Bewegung der außerhalb des Aufsatzabschnittes liegenden, über
die Anlageoberfläche vorstehenden Längsenden nach
innen bzw. außen ergibt.
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Für
eine reibungsarme, kollisionsfreie und zuverlässige Bewegung
der Längsenden der Klemmstifte entlang der Steuerfläche
bzw. entlang der Steuer- und Führungsflächen ist
es von Vorteil, wenn Klemmstifte an den innerhalb des Aufsatzabschnittes liegenden
Längsenden abgerundete Verdickungen aufweisen (vgl. Anspruch
9).
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Um
die Bedienbarkeit des Spreizmechanismus zu vereinfachen und die
Klemmwirkung der Klemmstifte zu verbessern ist es von Vorteil, wenn der
Spreizmechanismus wenigstens ein Federelement aufweist, das den
Stößel bis hin zu einer Anschlagposition in Richtung
der Auflagefläche zwingt.
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Für
eine exakte Messung der Position des Loches bzw. seines Abstandes
zu anderen Strukturen muss, wie gesagt, der Aufsatzabschnitt mit
der Anlageoberfläche auf der das Loch umgebenden Oberfläche
des Bauteils aufliegen und dort halten. Grundsätzlich wird
der Halt der Vorrichtung allein durch die Klemmwirkung der Klemmelemente
(insbesondere bei verschwenkbar gelagerten Klemmstiften als Klemmelemente)
erzeugt. Für eine zusätzliche Verstärkung
des Haltes allerdings können, insbesondere abhängig
von dem Material des Bauteils, in dem sich das Loch befindet, auf
der Anlageoberfläche Einrichtungen zum Fixieren an der
das Loch umgebenden Oberfläche des Bauteils angeordnet
sein. Je nach Art des Bauteils können dies unterschiedliche Einrichtungen
sein, z. B. zahnartige Vorsprünge zum Verhaken in einer
vergleichsweise weichen und flexiblen Oberfläche, oder
aber eine magnetische Ausbildung für magnetisierbare, metallische
Bauteiloberflächen.
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Weiterhin
ist mit besonderem Vorteil der Aufsatzabschnitt teilsphärisch,
insbesondere hemisphärisch geformt. Durch eine solche Form
kann ein Messtaster an unterschiedlichen Punkten der teilssphärischen
Oberfläche ansetzen und unmittelbar Rückschlüsse
auf die Lage des Mittelpunktes der zugehörigen Kugel ziehen,
der wiederum bei korrekt in das Loch eingesetztem Ausricht- und
Zentrierabschnitt in einem festen Verhältnis zu dem Mittelpunkt
des Loches steht, Idealerweise mit diesem zusammenfällt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten
Figuren.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Positionsbestimmung oder Ausmessung eines Loches gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem nicht gespannten
Zustand;
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2 eine
dreidimensionale Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 von
schräg von der Anlageoberfläche her;
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3 eine
Aufsicht auf die Anlagefläche der in 1 gezeigten,
nicht gespannten Vorrichtung;
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4 eine
Schnittdarstellung der in 1 gezeigten
Vorrichtung mit der Zeichenebene als Schnittebene;
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5 eine
der 3 vergleichbare Darstellung der Vorrichtung in
gespanntem Zustand (mit gespreizten Klemmstiften);
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6 eine
der 4 vergleichbare Schnittdarstellung der Vorrichtung
in gespanntem Zustand.
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In
den Figuren ist zur Veranschaulichung und Erläuterung der
Erfindung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung oder Ausmessung eines
Loches in einem insbesondere nicht magnetischen Bauteil in insgesamt
sechs verschiedenen Ansichten, davon zwei Schnittansichten (4 und 6)
dargestellt, teils in nicht verriegelndem, nicht gespanntem Zustand,
teils in verriegelndem, gespanntem Zustand. Nachfolgend wird dieses
Ausführungsbeispiel als ein exemplarisch mögliches
Beispiel der Umsetzung der Erfindung anhand dieser Figuren beschrieben
und erläutert.
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Die
in den verschiedenen Ansichten gezeigte Vorrichtung 1 besteht
im Groben aus den beiden Baueinheiten Aufsatzabschnitt 2 und
Ausricht- und Zentrierabschnitt 3. Der Aufsatzabschnitt 2 ist
im Wesentlichen hemisphärisch gebildet mit einer halbkugelförmigen
Messansatzfläche 4 und einer auf der Unterseite
des Aufsatzabschnittes 2 gelegenen Anlageoberfläche 5.
Die Anlageoberfläche 5 wird während der
Verwendung der Vorrichtung 1 auf die ein zu vermessendes
bzw. hinsichtlich der Position zu bestimmendes Loch umgebende Oberfläche
eines Bauteils aufgelegt, wobei dies zur Verringerung der Auflagefläche
gezielt an drei gegenüber der restlichen Anlageoberfläche 5 erhaben
ausgebildeten Anlagepunkten 6 erfolgt.
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Die
Vorrichtung wird in nachfolgend noch näher zu beschreibender
Weise in ein hinsichtlich seiner Position, des Abstandes zu einem
weiteren Loch oder in sonstiger Weise zu vermessendes Loch mit dem
Ausricht- und Zentrierabschnitt 3 eingesetzt. Für ein
Vermessen mit in dem Loch sicher sitzender Vorrichtung 1 wird
diese auf der Messansatzfläche 4 abgetastet, wobei
aufgrund der vorgegebenen Geometrie der Vorrichtung und des Radius
der Sphäre, auf deren Oberfläche die Messansatzfläche 4 verläuft, und
der definiert spiellosen Auflage der Anlagepunkte 6 der
Anlageoberfläche 5 der Mittelpunkt des Loches
und dessen Lage auf dem Bauteil bzw. relativ zu weiteren Messpunkten
bestimmt werden kann. Dabei kann eine solche Messung entweder durch
direktes Abtasten mit einem Messtaster erfolgen, oder aber auch
durch Anhalten eines Messfühlers mit seiner Messspitze
und photogrammetrische Vermessung oder dgl.
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In
dem Ausricht- und Zentrierabschnitt 3 sind drei in gleichem
Abstand zu einem gedachten Zentrum und in gleichem Abstand zueinander
(jeweils in einem Winkelabstand von 120° bezogen auf das
gedachte Zentrum) insgesamt drei Klemmstifte 7 angeordnet,
die sich zu ihren über die Anlageoberfläche 5 nach
außen vorstehenden Enden hin keulenförmig verdicken.
In den 1 bis 4 sind die Klemmstifte in einer
im Wesentlichen senkrecht zu der Anlageoberfläche 5 laufenden
Ausrichtung im nicht gespannten Zustand dargestellt. Wie insbesondere
in den 2 und 3 zu erkennen durchragen die Klemmstifte 7 die
Anlageoberfläche 5 durch radial von dem gedachten
Zentrum aus verlaufende Längsschlitze 8. Innerhalb
des Aufsatzabschnittes 2 sind die Klemmstifte 7 an
Lagerpunkten 9 über jeweils eine Lagerachse verschwenkbar
gelagert, wie dies insbesondere in 4 zu erkennen
ist. Jenseits der Lagerpunkte 9 erstrecken sich die Klemmstifte 7 weiter
mit einem rückwärtigen, abgerundet verdickten Ende 10,
mit welchem sie in einem zwischen einer konisch sich aufweitenden
Steuerfläche 11 von einem innerhalb des Aufsatzabschnittes 2 gelegenen Ende
eines Stößels 12 und eine an einem mit
dem Stößel 12 fest verbundenen topfartigen
Umhüllung 13 gebildeten, sich ebenfalls zu der
Auflageoberfläche 5 hin konisch aufweitenden Führungsfläche 14 gebildeten
Ringraum 15 liegen.
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Der
Stößel 12 durchragt mit seinem rückwärtigen
Ende den Aufsatzabschnitt 2, und es ist ein Querschnitt
im Wesentlichen T-förmiges Betätigungselement 16 an
dem außerhalb des Aufsatzabschnittes 2 liegenden
Ende des Stößels 12 festgelegt. Zwischen
der topfartigen Umhüllung 13, dort in einer Ringnut 17 gehalten, und
einer Widerlagerfläche 18 auf der der Anlageoberfläche 15 abgewandten
Seite des Aufsatzabschnittes 2 ist eine Druckfeder 19 angeordnet.
In der in den 1 bis 4 dargestellten
nicht klemmenden Stellung der Vorrichtung 1 ist durch Ziehen
an der Handhabe 16 das Stößel 12 mit
der daran angeordneten topfartigen Umhüllung 13 entgegen
der durch die Druckfeder 19 aufgebrachten Federkraft von
der Anlageoberfläche 5 weg gezogen. Dadurch sind
die mit den abgerundeten Verdickungen 10 versehenen innerhalb
des Aufsatzabschnittes 2 gelegenen Enden der Klemmstifte 7 in
dem sich konisch aufweitenden Ringraum 15 nach außen
gedrückt, was wiederum ein nach innen Schwenken der nach
außen vorstehenden freien Enden der Klemmstifte 7 um
die Lagerpunkte 9 bewirkt. In dieser Stellung sind die
freien Enden der Klemmstifte 7 außerhalb des Aufsatzabschnittes 2 maximal auf
das gedachte Zentrum zu nach innen bewegt und können so
in ein Loch eingesetzt werden. Zum Verklemmen der Vorrichtung und
Spannen der Klemmstifte wird nun die Handhabe 16 losgelassen,
wodurch, was in den 5 und 6 gezeigt
ist, der Stößel 12 aufgrund der Federwirkung
der Druckfeder 19 zusammen mit der an dem Stößel 12 fest
angeordneten topfartigen Umhüllung 13 in Richtung
der Auflageoberfläche 5 bewegt wird. Dadurch folgen, geführt
durch die Steuerfläche 12 und die Führungsfläche 14 die
innerhalb des Aufsatzabschnittes 2 gelegenen Enden der
Klemmstifte 7 mit den abgerundeten Verdickungen 10 in
dem sich verjüngenden Ringraum 15 nach innen,
so dass die nach außen in die Anlageoberfläche 5 überstehenden
freien Enden der Klemmstifte 7 durch Verschwenken der Klemmstifte 7 um
die Schwenkpunkte 9 nach außen geschwenkt werden
und sich so in dem Loch, in das die Vorrichtung 1 mit ihrem
Ausricht- und Zentrierabschnitt 3 eingesetzt ist, verklemmen
und die Vorrichtung zuverlässig in der zentrierten Position
halten.
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Aus
der voranstehenden Beschreibung ist noch einmal deutlich geworden,
dass mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung
unter Ausmessung eines Loches in einem Bauteil angegeben worden
ist, die ohne Magnetkräfte als Halte- und Fixierkräfte
auskommt und damit insbesondere mit nicht magnetisierbaren Bauteilen
verwendet werden kann.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Aufsatzabschnitt
- 3
- Ausricht-
und Zentrierabschnitt
- 4
- Messansatzfläche
- 5
- Anlageoberfläche
- 6
- Anlagepunkt
- 7
- Klemmstift
- 8
- Längsschlitz
- 9
- Lagerpunkt
- 10
- abgerundete
Verdickung
- 11
- Steuerfläche
- 12
- Stößel
- 13
- topfartige
Umhüllung
- 14
- Führungsfläche
- 15
- Ringraum
- 16
- Betätigungselement
- 17
- Ringnut
- 18
- Widerlagerfläche
- 19
- Druckfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19820340
A1 [0002, 0007]