DE3743894A1 - Positioniermodul zur reproduzierbaren fixierung von bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Positioniermodul zur reproduzierbaren Fixierung von Bauteilen, insbesondere min­ destens zweier an einer Fügefläche bis zur vollständigen Flächenanlage zusammenzuspannender Bauteile, wobei beide Bauteile an ihren angrenzenden Flächen in einer senkrecht zur Fügefläche verlaufenden Achse mindestens einen sich ver­ jüngenden, rotationssymmetrischen Zentrierabschnitt aufwei­ sen und ein Positionierelement in den beiden spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Zentrierabschnitten gelagert ist und wobei nach dem Zusammenspannen der Bauteile durch Flä­ chenpressung die Zentrierabschnitte und das Positionierele­ ment zumindest teilweise elastisch deformiert sind.

Als Stand der Technik ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt, welche so ausgebildet ist, daß die spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Zentrierabschnitte kegelstumpf­ förmig ausgebildet sind und in ihrem Zwischenraum als Posi­ tionierelement eine Kugel lagert. (DE-PS 25 37 146, DE-PS 26 32 922). Die Toleranzen von Bohrungstiefe, Kegelwinkel und Kegeldurchmesser der Zentrierabschnitte sowie der Kugel­ durchmesser sind so aufeinander abgestimmt, daß nach Ab­ schluß der ersten Fügestufe, d.h. dem Berühren von Kugel und Zentrierabschnitten, ein relativ kleiner Abstand zwischen den beiden Fügeflächen verbleibt. In der zweiten Fügestufe werden die Bauteile durch äußere Kräfte zusammengepreßt, wo­ bei auch die Elemente der Fügestelle, d.h. die Zentrierab­ schnitte und die Kugeln deformiert werden. Entsprechend der Druckverteilung zwischen Kugel- und Bohrungswandung werden hierbei die Bohrungen, d.h. die Zentrierabschnitte aufgewei­ tet.

Nachteilig ist dabei, daß aufgrund der relativ großen Stei­ figkeit der Bohrungsumgebung der Abstand zwischen den Füge­ flächen der benachbarten Bauteile nach Abschluß der ersten Fügestufe sehr genau eingehalten werden muß. Die Spalthöhe ist jedoch abhängig von der Fertigungstoleranz der kegel­ stumpfförmigen Zentrierabschnitte und der Kugeln. Werden die Fertigungstoleranzen dieser Fügeelemente nicht exakt einge­ halten, läßt sich entsprechend der vorliegenden Toleranzab­ weichung die erste Fügestufe nicht ordnungsgemäß ab­ schließen, bzw. muß die zweite Fügestufe über unzulässig große Spannkräfte erzwungen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positioniermodul der eingangs genannten Art so weiterzubil­ den, daß auch bei relativ großen Fertigungstoleranzen eine einwandfreie reproduzierbare Fixierung mindestens zweier, an einer Fügestelle bis zur vollständige Flächenanlage zusam­ menzuspannender Bauteile auf einfache und kostensparende Weise erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zentrierabschnitt mindestens eines Bauteils in einer inner­ halb dieses Bauteils gelagerten Membran angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß durch die Einbettung mindestens eines Teils der Fügeelemente, d.h. der Zen­ trierabschnitte in eine Membran die unerwünschten Ferti­ gungstoleranzen eliminiert werden. Durch entsprechende Ab­ stimmung von Membrandicke und -durchmesser der beispiels­ weise als Ringmembran ausgebildeten Membran läßt sich die Spalthöhe zwischen den Fügeflächen der beiden Bauteile nach Abschluß der ersten Fügestufe beträchtlich erhöhen, so daß auch relativ große Fertigungstoleranzen einwandfrei aufge­ fangen werden.

Die Ringmembran kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung rotationssymmetrisch ausgebildet sein mit einem umlaufenden Lagerring im äußeren Umfangsbereich, welcher sich innerhalb einer Aussparung des Bauteils abstützt. Weiterhin kann die Ringmembran einen zentrischen Lagerbereich aufweisen, in welchem der Zentrierabschnitt angeordnet ist. Bei Durchfüh­ rung der zweiten Fügestufe kann sich dieser zentrische La­ gerbereich in eine unterhalb der Aussparung des Bodenteils angeordnete Bodenausnehmung einlagern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, daß die Unterseite der Ringmembran über ein hydraulisches Druckübertragungsmedium mit einer Kolbenzylin­ dereinheit verbunden ist. Diese Kolbenzylindereinheit kann unter anderem einen federvorspannbaren Kolben aufweisen. Hierdurch lassen sich die relevanten Parameter für die Posi­ tioniergenauigkeit, nämlich Membransteifigkeit und die Spalthöhe nach Abschluß der ersten Fügestufe weitgehend va­ riieren.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die einzelnen Vorrich­ tungen hydraulisch miteinander zu verknüpfen oder autonom einzeln einzusetzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Positioniermodul zur reproduzierbaren Fixierung zweier zusammenzuspannender Bauteile im Schnitt, teils gebrochen während der ersten Fügestufe;

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 im Abschluß der zweiten Fü­ gestufe;

Fig. 3 eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung im Schnitt, teils gebrochen mit Einsatz eines hydrauli­ schen Druckübertragungsmediums während der ersten Fügestufe;

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 im Abschluß der zweiten Fügestufe;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Bauteil mit drei unabhängig voneinander wirkenden Zentrierabschnitten;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Bauteils mit wirkungsmäßig miteinander verknüpften Zentrierabschnitten.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Bauteile 1 und 7, welche einander ge­ genüberliegende Fügeflächen 51 und 52 aufweisen, zusammenzu­ spannen, wobei beide Bauteile 1 und 7 an ihren angrenzenden Fügeflächen 51, 52 in einer senkrecht zur Fügefläche 50 (Fig. 2) verlaufenden Achse mindestens einen sich verjüngen­ den, rotationssymmetrischen Zentrierabschnitt 5 bzw. 6 auf­ weisen. Jeder dieser Zentrierabschnitte 5 bzw. 6 ist als Ke­ gelstumpf ausgebildet und läuft in eine nicht näher bezeich­ nete Bohrung aus.

Die beiden spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Zen­ trierabschnitte 5 und 6 dienen zur Aufnahme und Lagerung ei­ nes Positionierelements 4, welches beispielsweise als Kugel ausgebildet ist.

Das Bauteil 7 weist hierbei eine Aussparung 15 auf, in wel­ cher eine als ringförmiges Element angeordnete Membran 2 an­ geordnet ist. Diese Ringmembran ist rotationssymmetrisch ge­ staltet mit einem umlaufenden Lagerring 3 im äußeren Um­ fangsbereich, welcher sich innerhalb der Aussparung 15 des Bauteils 7 abstützt. Hierbei weist die Ringmembran einen zentrischen Lagerbereich 16 auf, in welchem der Zentrierab­ schnitt 6 angeordnet ist. Unterhalb der Aussparung 15 des Bauteils 7 befindet sich eine Bodenausnehmung 17.

Fig. 1 zeigt den Abschluß der ersten Fügestufe, d.h. hier berühren sich die Zentrierabschnitte 5 und 6 mit dem Posi­ tionierelement 4, d.h. der Kugel. Dabei liegt ein relativ kleiner Abstand zwischen den beiden Fügeflächen 51 und 52 der beiden zu fixierenden und zusammenzuspannenden Bauteile 1 und 7 vor.

Fig. 2 stellt die zweite Fügestufe dar; hier werden die bei­ den Bauteile 1 und 7 durch eine schematisch dargestellte Kraft 8, beispielsweise eine Schraube durch äußere Kräfte zusammengepreßt, wobei die Kugel 4 und die Zentrierab­ schnitte 5 und 6 deformiert werden. Wie ersichtlich, findet hierbei die Deformation des Zentrierabschnittes 6 innerhalb der Membran 2 statt, wobei sich der zentrische Lagerbereich 16 der Ringmembran in dem Bereich der Bodenausnehmung 17 des Bauteils 7 einlagert.

Durch entsprechende Abstimmung der Dicke der Membran 2 und deren Durchmessers läßt sich die Spalthöhe zwischen den Fü­ geflächen 51 und 52 nach Abschluß der ersten Fügestufe vor­ teilhafterweise beträchtlich erhöhen, so daß relativ grobe Fertigungstoleranzen akzeptiert werden können. Trotzdem wird gewährleistet, daß nach Abschluß der zweiten Fügestufe gemäß Fig. 2 eine einwandfreie Fügefläche 50 vorliegt, so daß die beiden Bauteile 1 und 7 in reproduzierbarer Weise zusammen­ gespannt sind.

Fig. 3 und 4 stellen eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung dar. Wie ersichtlich, ist hierbei die Bodenausneh­ mung 17′ in dem Bauteil 7 größer gestaltet und dient zur Aufnahme eines hydraulischen Druckübertragungsmediums 12. Dieses Medium füllt auch den ringförmigen Zwischenraum zwi­ schen dem zentrischen Lagerbereich 16 und dem Lagerring 3 der Membran 2 aus.

Die Bodenausnehmung 17 steht weiterhin mit einer Kolbenzy­ lindereinheit in Verbindung, wobei diese Kolbenzylinderein­ heit bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer Zylinderbohrung 18 ausgebildet ist, in welcher ein Kolben 9 gleitend gelagert ist, welcher über eine Feder vorspannbar ist. Durch ein Justierelement 17 läßt sich eine entspre­ chende Justierung des Kolbens gegenüber dem hydraulischen Druckübertragungsmedium 12 erzielen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist bei dieser Ausführungsform die Membran 2 hydraulisch vorgespannt, so daß der den Zen­ trierabschnitt 6 umgebende Bereich der Ringmembran gegen die angrenzende Fläche 51 des Bauteils 1 gewölbt ist.

Fig. 3 stellt hierbei den Abschluß der ersten Fügestufe dar; das Bauteil 1 liegt mit geringem Abstand über dem Bauteil 7, wobei die Kugel 4 innerhalb der beiden Zentrierabschnitte 5 und 6 eingespannt ist. Wird nun nach Fig. 4 über äußere Kräfte 8 Druck auf das äußere Bauteil 1 ausgeübt, d.h. wer­ den die beiden Bauteile 1 und 7 beispielsweise durch Schrau­ ben aufeinander gedrückt, so erfolgt die zweite Fügestufe: Hierbei werden die Kugel 4 und die beiden spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Zentrierabschnitte 5 und 6 de­ formiert und die beiden Bauteile 1 und 4 an der Fügefläche 50 zusammengespannt. Durch dieses Zusammenspannen tritt eine Deformierung der Ringmembran 2 gemäß Fig. 4 auf, wobei sich wiederum der zentrische Lagerbereich 16 in die Bodenausneh­ mung 17′ hinein erstreckt und ein Zusammenwirken zwischen dem hydraulischen Druckübertragungsmedium und der Kolbenzy­ lindereinheit mit Kolben 9 und Feder 10 erfolgt. Hierdurch lassen sich die relevanten Parameter für die Positionier­ genauigkeit, nämlich die Membransteifigkeit und die Spalt­ höhe nach Abschluß der ersten Fügestufe vorteilhafterweise weitgehend variieren.

Es besteht nun die Möglichkeit, innerhalb zweier zusammenzu­ fügender Bauteile mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zur reproduzierbaren Fixierung der Bauteile vorzusehen. Hierbei kann das untere Bauteil 7 gemäß Fig. 5 analog der Bauform nach Fig. 3 und 4 so beschaffen sein, daß jeder Zentrierab­ schnitt jeweils über ein hydraulisches Druckmedium 12 mit einer eigenen Kolbenzylindereinheit 9, 10, 11 verbunden ist.

Nach Fig. 6 besteht jedoch auch die Möglichkeit, die einzel­ nen hydraulischen Druckübertragungsmedien durch Leitungen 19 miteinander zu verbinden, wobei eine Leitung über einen Ab­ zweig 20 mit der Kolbenzylindereinheit 9′, 10′, 18′ in Ver­ bindung steht. Es ergibt sich damit eine Verknüpfung der Wirkung der einzelnen Positionierelemente mit Hilfe des hydraulischen Druckübertragungsmediums, wobei nur eine ein­ zige Kolbenzylindereinheit zum Einsatz kommt.

In jedem Fall wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet, daß auch bei groben Fertigungstoleranzen eine einwandfreie reproduzierbare Fixierung zweier zusammenzu­ spannender Bauteile mit Hilfe der Zentrierabschnitte und der Positionierelemente auf einfache Weise gegeben ist.

Claims (14)

1. Positioniermodul zur reproduzierbaren Fixierung von Bau­ teilen, insbesondere mindestens zweier, an einer Fügeflä­ che bis zur vollständigen Flächenanlage zusammenzuspan­ nender Bauteile, wobei beide Bauteile an ihren angrenzen­ den Flächen in einer senkrecht zur Fügefläche verlaufen­ den Achse mindestens einen sich verjüngenden, rotations­ symmetrischen Zentrierabschnitt aufweisen und ein Posi­ tionierelement in den beiden spiegelbildlich einander ge­ genüberliegenden Zentrierabschnitten gelagert ist und wo­ bei nach dem Zusammenspannen der Bauteile durch Flächen­ pressung die Zentrierabschnitte und das Positionierele­ ment zumindest teilweise elastisch deformierbar sind, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zentrierabschnitt (6) mindestens eines Bauteils (7) in einer innerhalb dieses Bauteils (7) gelagerten Membran (2) angeordnet ist.

2. Positioniermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) als Ringmembran ausgebildet ist.

3. Positioniermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran rotationssymmetrisch ausgebildet ist mit einem umlaufenden Lagerring (3) im äußeren Umfangsbe­ reich, welcher sich innerhalb einer Aussparung (15) des Bauteils (7) abstützt.

4. Positioniermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran einen zentrischen Lagerbereich (16) aufweist, in welchem der Zentrierabschnitt (6) angeordnet ist.

5. Positioniermodul nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Aussparung (15) des Bauteils (7) eine Bodenausnehmung (17, 17′) vorgesehen ist.

6. Positioniermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Ringmem­ bran über ein hydraulisches Druckübertragungsmedium (12) mit einer Kolbenzylindereinheit verbunden ist.

7. Positioniermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenzylindereinheit in dem die Ringmembran lagernden Bauteil (7) angeordnet ist, wobei der Kolben (9) in einer Zylinderbohrung (18) des Bauteils (7) gela­ gert ist.

8. Positioniermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) durch eine Feder (10) beaufschlagbar ist.

9. Positioniermodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) durch ein Justierelement (11) ein­ stellbar ist.

10. Positioniermodul nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die das Druckübertragungsmedium (12) aufnehmende Bodenausnehmung (17′) des Bauteils (7) die Zylinderbohrung (18) der Kolbenzylindereinheit einmündet.

11. Positioniermodul nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der den Zentrierab­ schnitt (6) umgebende Bereich der Ringmembran gegen die angrenzende Fläche des anderen Bauteils (1) gewölbt aus­ gebildet ist.

12. Positioniermodul nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, mit mehreren zusammenwirkenden Zentrierabschnitten zweier Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Ring­ membran jedes Zentrierabschnittes des einen Bauteils je­ weils über ein hydraulisches Druckmedium mit einer eige­ nen Kolbenzylindereinheit verbunden ist (Fig. 5).

13. Positioniermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit mehreren zusammenwirkenden Zentrierabschnitten zweier Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembranen aller Zentrierabschnitte des einen Bauteils (7) über ein gemeinsames hydraulisches Druckmedium (12) und eine ge­ meinsame Kolbenzylindereinheit steuerbar sind (Fig. 6).

14. Positioniermodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bodenausnehmungen (17′) unterhalb der Ringmembranen durch Kanäle (19) miteinander und durch eine Abzweigung (20) mit der Zylinderbohrung (18′) der gemeinsamen Kolbenzylindereinheit verbunden sind.