DE4322201A1

DE4322201A1 - Positioning device and its use

Info

Publication number: DE4322201A1
Application number: DE19934322201
Authority: DE
Inventors: Hubert Bald
Original assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION
Current assignee: GEDIB INGBUERO INNOVATION
Priority date: 1993-07-03
Filing date: 1993-07-03
Publication date: 1995-01-12

Abstract

High-precision positioning devices, in which balls functioning as positioning elements are fitted in a self-centring manner into tapered positioning recesses of a circular diaphragm, are known as standardised components in an embodiment in which the diaphragm is designed as the base of a pot which can be inserted into a location bore. Positioning modules of this type which can be standardised are further developed in order to make them even more universal and reliable in use with regard to lasting retention of the positioning accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung zum Fügen zweier Bau teile in eine vorgegebene Relativlage mit den im Patentanspruch 1 ge nannten Merkmalen (a) bis (f). Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift EP 0 365 557 B1 bekannt.The invention relates to a positioning device for joining two structures parts in a predetermined relative position with the ge in claim 1 named features (a) to (f). Such a device is from the Document EP 0 365 557 B1 known.

Die dort vorgestellte Positioniereinrichtung macht Gebrauch von Bauele menten mit plattenartigen Trägern (zur Aufnahme der Positionierausneh mungen bzw. der Positionierelemente), welche als Boden eines in eine Bau teilbohrung einzusetzenden Topfes ausgebildet sind. Diese in der EP 0 365 557 B1 als "Positioniereinsätze" bezeichneten Bauelemente sollen als stan dardisierte Normteile im Vorrichtungsbau oder im allgemeinen Maschinenbau angewendet werden, wobei mit ihnen eine hochgenaue Teilepositionierung auf einem breiten Anwendungsfeld mit geringem Aufwand erfolgen können soll.The positioning device presented there makes use of Bauele elements with plate-like supports (to accommodate the positioning mungs or the positioning elements), which as the floor of a building partially drilled pot are formed. This in EP 0 365 557 B1 Components referred to as "positioning inserts" are said to be stan standardized parts in fixture construction or general mechanical engineering are used, with them a highly precise part positioning can be done in a wide range of applications with little effort should.

Die durch die EP 0 365 557 B1 bekanntgewordenen Positioniereinsätze eignen sich jedoch tatsächlich nur zum Einsetzen mit einem Preßsitz in eine Aufnahmebohrung mit Bohrungswandungen mit relativ guter Druckfe stigkeit.The positioning inserts made known by EP 0 365 557 B1 are actually only suitable for insertion with a press fit in a receiving bore with bore walls with relatively good Druckfe consistency.

Wie sich gezeigt hat, sind die Positioniereinsätze nicht geeignet, derart eingesetzt zu werden, daß man sie vor dem Fügen zweier Bauteile zunächst in eine Bohrung mit deutlich größerem Durchmesser als der Außendurch messer des Zylinderteils des Positioniereinsatzes einlegt, dann die beiden Bauteile nach vorgegebenen Ausrichtungsmerkmalen in die vorgegebene Relativlage ausrichtet und schließlich die Positioniereinsätze in der ausge richteten Position fixiert, indem man den Ringspalt zwischen der Boh rungswandung und dem Außenzylinder des Zylinderteiles mit einer Kunst stoff-Vergußmasse ausgießt und diese erstarren läßt.As has been shown, the positioning inserts are not suitable, such to be used that you first before joining two components in a hole with a significantly larger diameter than the outside insert the knife of the cylinder part of the positioning insert, then the two Components according to the specified alignment features in the specified Relative position and finally the positioning inserts in the out fixed position by moving the annular gap between the boh wall and the outer cylinder of the cylinder part with an art Pouring the casting compound and solidifying it.

Bei Anwendung der letztgenannten Fixierungsart der Positioniereinsätze kommt es bei häufiger Durchführung des Positionier-Fügevorganges zur Veränderung der Position des fixierten Positioniereinsatzes durch Verlage rung desselben quer zu den Positionier-Achsen. Da die Positioniereinsätze die Positionierung von Bauteilen im 0,001-mm-Bereich ermöglichen sollen, führen ungewollte Verlagerungen selbst von Bruchteilen der Größe 0,001 mm zur Untauglichkeit der Positioniereinrichtung. When using the latter type of fixation of the positioning inserts it occurs when the positioning-joining process is carried out frequently Changes in the position of the fixed positioning insert by publishers tion of the same across the positioning axes. Because the positioning inserts should enable the positioning of components in the 0.001 mm range, result in unwanted displacements even of fractions of the size 0.001 mm to the unsuitability of the positioning device.

Untersuchungen ergaben, daß für die beobachteten Mikrobewegungen das Verformungsverhalten der Positioniereinsätze bei Belastungszuständen in folge der axialen Membran-Deformation beim Positioniervorgang verantwort lich ist.Studies have shown that for the observed micro-movements Deformation behavior of the positioning inserts under load conditions in follow the axial membrane deformation during the positioning process is.

In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen ist ein Positioniereinsatz gemäß der EP 0 365 557 B1 im unbelasteten Zustand (links) und im durch die axiale Membrandeformation beim Positionieren belasteten Zustand (rechts) dargestellt.In Fig. 1 of the accompanying drawings, a positioning insert is shown according to EP 0365557 B1 in the unloaded state (left) and in loaded by the axial deformation of the membrane in the positioning state (right).

Im linken Teil erkennt man das kugelförmige Positionierelement 104, wel ches in der Positionierausnehmung 124 auf dessen Ausnehmungswandung aufliegt. Die Positionierausnehmung befindet sich im Zentrum der Membrane 102, an welche an deren äußerstem Rand das Zylinderteil 100 angeformt ist.In the left part you can see the spherical positioning element 104 , which rests in the positioning recess 124 on its recess wall. The positioning recess is located in the center of the membrane 102 , on the outer edge of which the cylinder part 100 is molded.

Zwischen dem freien Ende 118 des Zylinderteiles 100 und der Auflagefläche 110 für dieses Zylinderteil sind Rollen 108 angedeutet, womit ausgedrückt werden soll, daß dort bei der Übertragung von Kräften auf die Auflageflä che 110 bei einer Verformung des Positioniereinsatzes keine Kräfte parallel zur Auflagefläche 110 übertragen werden können.Between the free end 118 of the cylinder part 100 and the support surface 110 for this cylinder part, rollers 108 are indicated, which is to be understood that there are no forces transmitted parallel to the support surface 110 when forces are transferred to the support surface 110 when the positioning insert is deformed can.

Dies besagt, daß bei einer Belastung des Positioniereinsatzes durch eine mittig aufgebrachte, für eine axiale Membrandurchbiegung benötigte Kraft (symbolisiert durch den Pfeil 106) sich der ganze Positioniereinsatz ohne Behinderung verformen kann.This means that when the positioning insert is loaded by a centrally applied force required for axial membrane deflection (symbolized by arrow 106 ), the entire positioning insert can deform without hindrance.

Eine derartige Verformung mit nun unter der Last der Kraft 106 tiefer sitzender Positionierkugel 104 ist im rechten Teil der Fig. 1 wiedergege ben. In der Schnittfläche des durch die Mittenachse gelegten Schnittes ist mit "N" der "bewegungsneutrale Punkt" eingezeichnet. Bei dem Belastungs- Modell nach Fig. 1 stellt "N" jenen Punkt im Querschnitt der Wandung des noch unverformten Zylinderteiles 100 dar, oberhalb dessen die auf gleichem Radius liegenden Materialpartien des Zylinderteiles bei der unbe hinderten Verformung in Richtung eines kleineren Radius und unterhalb dessen die auf gleichem Radius liegenden Materialpartien des Zylinderteiles bei der unbehinderten Verformung in Richtung eines größeren Radius wandern. Such a deformation with positioning ball 104 now sitting deeper under the load of force 106 is shown in the right-hand part of FIG. 1. "N" denotes the "motion-neutral point" in the cut surface of the cut made through the central axis. In the load model according to Fig. 1, "N" that point in the cross section of the wall of the still undeformed cylindrical member 100 that above which lie on the same radius sections of material of the cylindrical member in the unobstructed deformation in the direction of a smaller radius and below which the Material parts of the cylinder part lying on the same radius migrate in the direction of a larger radius during the unimpeded deformation.

Man erkennt, daß oberhalb von Punkt N sich die Materialpartien sowohl des Zylinderteils 100 als auch der Membran 122 zugleich nach innen und nach abwärts bewegt haben. Die unterhalb des Punktes N gelegenen Mate rialpartien 120 des Zylinderteils haben sich mit der Gesamtverformung nach außen bewegt.It can be seen that above point N the material parts of both the cylinder part 100 and the membrane 122 have moved inwards and downwards at the same time. The material portions 120 of the cylinder part located below the point N have moved outward with the total deformation.

Der Punkt N kann für jeden bekannten Querschnittsverlauf (unter Um ständen in einer gewissen Abhängigkeit von der Axiallast 106 selbst, wofür man bei einer solchen Abhängigkeit dann am besten die zulässige Maximal kraft 106 einsetzt) berechnet werden, z. B. mit Hilfe von FEM-Programmen.The point N can be calculated for each known cross-sectional profile (under certain circumstances depending on the axial load 106 itself, for which it is best to use the permissible maximum force 106 in such a dependency), e.g. B. with the help of FEM programs.

Wenngleich für den Fall, daß das freie Ende des Zylinderteiles 118 auf der Auflagefläche 110 aufsteht und der Außenzylinder 126 von einer Verguß masse umgeben ist, die dann behinderten Verformungsbewegungen etwas anders aussehen, so ist die Wirkung dieser Bewegungen doch eindeutig erkennbar.Although in the event that the free end of the cylinder part 118 stands on the bearing surface 110 and the outer cylinder 126 is surrounded by a potting compound, which then look a little different to disabled deformation movements, the effect of these movements is clearly recognizable.

Man muß hierbei bedenken, daß durch eine axiale Membrandeformation enorme radiale Zugkräfte und Biegekräfte in den oberen Teil des Zylin derteiles 100 eingeleitet werden. Dadurch bedingt, sind auch entsprechend große Biegemomente am Werk, welche das untere Ende des Zylinderteils 100 nach außen ausbeulen möchten, etwa so, als ob die Querschnittsfläche des Zylinderteiles sich um den Punkt N drehen möchte.It must be borne in mind that enormous radial tensile and bending forces are introduced into the upper part of the cylinder part 100 by an axial membrane deformation. As a result, there are also correspondingly large bending moments at work that want to bulge the lower end of the cylinder part 100 outward, as if the cross-sectional area of the cylinder part would like to rotate about the point N.

Für den Fall der Einbettung des Positioniereinsatzes in eine Kunststoff- Vergußmasse mit im Vergleich zu üblicherweise benutzten Metallen niedri gem Elastizitätsmodul ergeben sich aus den unterhalb des Punktes N sich einstellenden Radialverlagerungen der dort befindlichen Materialpartien folgende nachteilige Effekte:In the event that the positioning insert is embedded in a plastic Potting compound with low compared to commonly used metals according to the modulus of elasticity result from those below point N. radial displacements of the material parts located there the following adverse effects:

Durch häufig wiederholten Fügevorgang wird die Vergußmasse plastisch verformt und/oder zermürbt.The potting compound becomes plastic due to the frequently repeated joining process deformed and / or worn down.

Bei Beginn der Membrandeformation erfolgt am unteren Ende 118 eine ra diale Spreizbewegung in alle Richtungen, welche bei aufgehobener Mem brandeformation wieder zurückgeht. Vor allem beim Auftreten von queraxial wirkenden Positionierkräften, welche das eine Ende 118 mit einer zusätzli chen Kraft belasten und dafür das andere Ende 118 entsprechend entla sten, fallen die Rücksetzbewegungen unsymmetrisch aus. Das kann dann bei jedem neuen Positionierzyklus einen kleinen Verlagerungs-Schritt bedeu ten.At the beginning of the membrane deformation, a ra diale spreading movement takes place in all directions at the lower end 118 , which regresses again when the membrane is lifted. Especially when transverse positioning forces occur, which load one end 118 with an additional force and therefore relieve the other end 118 accordingly, the reset movements are asymmetrical. This can mean a small shift step with each new positioning cycle.

Dieses Phänomen tritt quantitativ umso stärker auf, je häufiger die Posi tioniervorgänge wiederholt werden. Beispielsweise kann beim Einsatz der Positioniereinsätze zum Positionieren von Werkstück-Wechselpaletten die Anzahl der Lastwechselspiele die Zahl 1000 schnell übersteigen.This phenomenon occurs more quantitatively, the more frequently the posi tioning processes are repeated. For example, when using the Positioning inserts for positioning workpiece change pallets Number of load change cycles quickly exceed the number 1000.

Es wäre auch wünschenswert, über einen Positioniereinsatz verfügen zu können, welcher beim Ausrichten der zu positionierenden Bauteile queraxial mitverschoben werden kann, um ihn dann nach erfolgter Ausrichtung durch Klemmkräfte an der gefundenen Position zu fixieren.It would also be desirable to have a positioning insert can, which is aligned axially when aligning the components to be positioned can be moved to it after alignment to be fixed by clamping forces at the position found.

Auch eine derartige Verwendung wird bei den bekannten Positioniereinsät zen eingeschränkt oder verunmöglicht, da in diesem Falle trotz hoher Klemmkräfte senkrecht zur Aufstellfläche die Mikrobewegungen am Ende (118) des Zylinderteils stattfinden können.Such a use is limited or impossible in the known positioning inserts, since in this case the micro movements at the end ( 118 ) of the cylinder part can take place perpendicular to the installation surface despite high clamping forces.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, den Einsatzbereich von standar disierbaren Positionier-Bauelementen mit eine sehr hohe Positioniergenau igkeit erzeugenden Eigenschaften, ähnlich wie sie bei den "Positionierein sätzen" vorhanden sind, zu erweitern, dahingehend, daß es ihre Bauart erlaubt, sie wenigstens zugleich wahlweise einpreßbar und eingießbar, und alternativ, d. h., durch Bildung einer zweckmäßigen Formvariante, auch ge gen ihre Auflagefläche anschraubbar bzw. festspannbar zu machen. Dabei soll für alle zuvor benannten Montagearten gewährleistet sein, daß die Fi xierung dieses Positionier-Bauelementes auf eine nach der endgültigen Ausrichtung der beiden Bauteile in die vorgesehene Relativlage eingenom menen Raumlage dauerhaft unverrückbar ist, auch unter dem Einfluß einer Dauerbetätigung der Positioniereinrichtungen.The invention makes it its mission to use the standard positionable components with a very high positioning accuracy properties that are similar to the "positioning units" sentences "exist to expand in that it is their design allowed, at least at the same time, either pressable and pourable, and alternatively, d. that is, by forming an appropriate shape variant, also ge to make their contact surface screwable or clampable. Here should be guaranteed for all previously mentioned types of installation that the Fi Fixing this positioning component to one after the final one Alignment of the two components in the intended relative position is permanently immovable, even under the influence of a Permanent actuation of the positioning devices.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die drei unabhängigen Ansprüche 1 bis 3 definiert. Diesen 3 Lösungsvarianten, in denen anstelle des Ausdruc kes "Positioniereinsatz" bzw. des Ausdruckes "Positionier-Bauelement" we gen der andersartigen Funktionserfüllung der Ausdruck "Positioniermodul" verwendet wird, liegt das nachfolgende allgemeine Lösungskonzept zu Grunde: This problem is solved by the three independent claims 1 defined to 3. These 3 solution variants, in which instead of printing kes "positioning insert" or the expression "positioning component" we the expression "positioning module" the following general solution concept applies Reasons:

Die axial wirkende Positionierkraft (in Fig. 1 = Pfeil 106), welche die axiale Ausfederung der Membrane bewirkt, erzeugt durch in der Membrane ent stehende Zugkräfte und durch auf die Membran ausgeübte Biegekräfte im anschließenden Zylinderteil Biegemomente. Die Erfindung sieht vor, daß diese Biegemomente innerhalb des Positioniermoduls selbst derart abgefan gen werden, daß an den Anschlußstellen (zum Bauteil hin) des Positionier moduls praktisch keine, oder keine nennenswerten, durch diese Biegemo mente verursachten Verformungsbewegungen des Positioniermoduls in einer parallel zur Auflagefläche verlaufenden Richtung auftreten.The axially acting positioning force (in Fig. 1 = arrow 106 ), which causes the axial deflection of the membrane, is generated by tensile forces arising in the membrane and by bending forces exerted on the membrane in the subsequent cylinder part. The invention provides that these bending moments within the positioning module itself are intercepted in such a way that at the connection points (towards the component) of the positioning module practically no or no significant deformation movements of the positioning module caused by these bending moments in a parallel to the contact surface Direction occur.

Das Positioniermodul soll dann an seinen Anschlußstellen als aus dem Posi tioniervorgang ableitbare Kräfte nur solche weiterleiten können, welche in der Richtung der axialen Positionierkraft verlaufen und welche in ihrer Summe der Größe der axialen Positionierkraft entsprechen.The positioning module should then at its connection points as from the Posi tioning process derivable forces can only transmit those which in the direction of the axial positioning force and which in their Sum the size of the axial positioning force.

Die daraus an den Anschlußstellen resultierende Abwesenheit von senk recht zur Positionierachse gerichteten Verformungsbewegungen erübrigt die Mitwirkung von Umbauungsteilen (des zu positionierenden Bauteils) zur Übertragung von queraxial wirkenden Verformungskräften und macht das Modul gleichzeitig für alle drei möglichen Montageweisen geeignet.The resulting absence of vert deformation movements directed to the positioning axis are unnecessary the participation of remodeling parts (of the component to be positioned) Transfer of transverse axial deformation forces and does that Module suitable for all three possible assembly methods at the same time.

Eine wichtige Rolle spielt die Lage des anhand von Fig. 1 definierten be wegungsneutralen Punktes N. Sofern die berechenbare Lage des Punktes N sich mit der Größe der axialen Positionierkraft ändern sollte, ist die Lage position des Punktes N jene, die sich bei der erlaubten maximalen axialen Positionierkraft einstellt.The position of the movement-neutral point N defined with reference to FIG. 1 plays an important role . If the calculable position of the point N should change with the size of the axial positioning force, the position of the point N is that which is at the maximum allowed axial positioning force.

Die Lage des bewegungsneutralen Punktes N wird durch die Biegewilligkeit der einzelnen, die Biegemomente übertragenden Modulabschnitte beeinflußt. Diese Biegewilligkeit ist durch das jeweilige Flächenträgheitsmoment defi niert. Unter dem Flächenträgheitsmoment soll bei den rotationssymmetri schen Modulen der Einfachheit halber jenes verstanden werden, welches sich ergibt, wenn man sich den durch einen Axialschnitt gekennzeichneten Materialquerschnitt in eine Ebene abgewickelt vorstellt, wobei die Abwick lungslänge der Umfangslänge eines Kreises mit dem mittleren Radius des sich der Membrane anschließenden Zylinderteiles entspricht.The position of the neutral point N is determined by the willingness to bend of the individual module sections that transmit the bending moments. This willingness to bend is defined by the area moment of inertia kidney. Under the area moment of inertia in the case of the rotational symmetry modules for the sake of simplicity, that which is results if you look at the one marked by an axial section Introduces material cross-section unwound in one plane, the unwinding the length of the circumference of a circle with the mean radius of the corresponds to the diaphragm connecting cylinder part.

Sofern in den unabhängigen Ansprüchen ein Größenverhältnis für die Flä chenträgheitsmomente zweier aneinanderliegender Modulabschnitte angege ben wird, ist dieses Größenverhältnis ein Schätzwert, von dem angenommen wird, daß mit dieser Verhältnis-Größe zusammen mit der Wirkung der ande ren Merkmalsangaben die an den Anschlußstellen nicht duldbaren Radial bewegungen wenigstens auf eine solche Größe reduziert sind, welche als nicht mehr funktionsschädigend angesehen wird.If a size ratio for the area in the independent claims moments of inertia of two adjacent module sections This size ratio is an estimate of which is assumed becomes that with this ratio size together with the effect of the other Ren characteristic information the radial not tolerable at the connection points movements are at least reduced to such a size, which as is no longer considered harmful.

Mit Anspruch 4 ist ein Merkmal für die Weiterentwicklung der Erfindung aufgezeigt, welches die Biegewilligkeit der beteiligten Materialpartien ent scheidend verbessern kann. Damit wird es möglich, die queraxiale Steifig keit zu vergrößern und/oder den Modul-Durchmesser zu verkleinern bzw. die zulässige axiale Ausfederungsrate zu vergrößern.With claim 4 is a feature for the further development of the invention shown which ent the bending willingness of the material parts involved can improve outwardly. This will make the transverse axial stiff to increase and / or reduce the module diameter or increase the permissible axial rebound rate.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die weite ren abhängigen Ansprüche definiert.Further advantageous embodiments of the invention are due to the wide ren dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert:The invention will hereinafter be described in more detail with reference to the attached drawings explained in more detail:

Fig. 1 zeigt schematisch im Axialschnitt eine bekannte Positionierein richtung vor und nach der Belastung. Fig. 1 shows schematically in axial section a known Positionierein direction before and after the load.

Fig. 2a zeigt im Axialschnitt ein Positioniermodul nach Anspruch 1 mit einer Schraubbefestigung. Fig. 2a shows in axial section a positioning module according to claim 1 with a screw attachment.

Fig. 2b zeigt im Axialschnitt ein Positioniermodul nach Anspruch 1 mit einer Lagefixierung durch Vergießen. FIG. 2b shows in axial section a positioning module according to claim 1 having a position-fixing by casting.

Fig. 3a gibt im Axialschnitt ein Positioniermodul gemäß Anspruch 2 wie der. Fig. 3a are in axial section a positioning module according to claim 2 as the.

Fig. 3b zeigt die Draufsicht auf ein Positioniermodul gemäß der Schnitt führung in Fig. 3a. Fig. 3b shows the top view of a positioning module according to the cutting guide in Fig. 3a.

Fig. 4a und Fig. 4b stellen im Axialschnitt ein Positioniermodul gemäß Anspruch 3 mit Lagefixierung durch Vergießen dar. FIG. 4a and FIG. 4b illustrate in axial section a positioning module according to claim 3 with positional fixation by casting represents.

Fig. 4c zeigt im Axialschnitt ein Positioniermodul nach Anspruch 3, wel ches durch Einpressen in eine Aufnahmebohrung fixiert ist. Fig. 4c shows in axial section a positioning module according to claim 3, which is fixed by pressing into a receiving bore.

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Positioniermodul zur Schraubbefesti gung mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt. Fig. 5 shows an inventive positioning module for screw fastening with non-rotationally symmetrical cross section.

Fig. 6 bis Fig. 7 zeigen in schematisierter Weise die Anordnung von 2 bzw. 3 Positioniermodulen zur gemeinsamen Positionierung zweier Bauteile. Fig. 6 to Fig. 7 shows the arrangement show in a schematic manner of positioning modules 2 and 3 to the common positioning of two components.

In Fig. 2a wird eine Positioniereinrichtung gezeigt, bei der 2 Bauteile 202 und 204, welche nach Abschluß der zweiten Fügephase an einer gemeinsa men Fügefläche 220 aneinanderliegen, mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Positioniermoduls 200 in eine vorgegebene Relativlage gefügt sind.In Fig. 2a, a positioning device is shown in which 2 components 202 and 204 , which abut each other on a common joining surface 220 after completion of the second joining phase, are joined with the aid of a positioning module 200 according to the invention into a predetermined relative position.

Das als Kugel ausgebildete Positionierelement 206 definiert mit seinem Mit telpunkt die Lage der senkrecht zur Fügefläche verlaufenden Positionier achse 224 und ist zwischen kegelförmigen Positionierausnehmungen einge spannt, welche oben zu einem in das Bauteil 202 eingesetzten Positionier stück 208 und unten zur Membrane 210 des Positioniermoduls gehören. Die zwar vorhandene, in Fig. 2a jedoch nicht erkennbare, nach unten in Richtung der Positionierachse 224 weisende Deformation der Membrane 210 wird erzwungen durch eine Positionierkraft, welche als resultierende Kraft bezüglich ihrer Lage und Richtung als in der Positionierachse 224 liegend anzunehmen ist.The positioning element 206 designed as a ball defines with its center point the position of the positioning axis 224 running perpendicular to the joining surface and is clamped between conical positioning recesses which belong above to a positioning piece 208 inserted in the component 202 and below to the membrane 210 of the positioning module. The deformation of the diaphragm 210 , which is present but not recognizable in FIG. 2a and pointing downward in the direction of the positioning axis 224 , is forced by a positioning force which, as a result of its position and direction, is to be assumed as the resultant force lying in the positioning axis 224 .

Die durch die Kugel übertragene Positionierkraft wird in den Kontaktzo nen, welche sich an den Berührungsstellen zwischen Kugel und Kegelflä chen in Form von schmalen Kalotten-Flächen ausbilden, vom Positioniermo dul auf das obere Bauteil übertragen, wobei in bekannter Weise auch die parallel zur Fügefläche wirkenden Zentrierkräfte abgeleitet werden.The positioning force transmitted by the ball is in the contact area nen, which are at the points of contact between the ball and cone surface form in the form of narrow spherical caps, from the positioning mo dul transferred to the upper component, which also in a known manner centering forces acting parallel to the joining surface can be derived.

Das Positioniermodul 200 ist in Fig. 2a als ein aus einem Stück bestehen des rotationssymmetrisches Teil ausgeführt. An die Kreismembran 210 ist an deren Außenkontur ein Zylinderteil 212 angeformt, welches an seinem unteren Ende mit einem flanschförmigen Anschlußteil 226 verbunden ist.The positioning module 200 is embodied in FIG. 2a as a one-piece part of the rotationally symmetrical part. A cylindrical part 212 , which is connected at its lower end to a flange-shaped connecting part 226 , is formed on the circular membrane 210 on its outer contour.

Das flanschförmige Anschlußteil 226 kragt in Bezug auf das Zylinderteil mit einem Flanschteil 214 nach außen und mit einem Flanschteil 216 nach innen über, derart, daß im Innern noch eine Mittenausnehmung 218 verbleibt. Das flanschförmige Anschlußteil 226 weist an seiner Unterseite eine als An schlußstelle des Positioniermoduls zum Bauteil 204 geltende, ebene Unter seite 228 auf, mit welcher das Positioniermodul auf einer Auflagefläche 230 aufgestellt ist, wobei die Auflagefläche 230 und die Fügefläche 220 nur zufällig in einer Ebene liegen.The flange-shaped connecting part 226 protrudes with respect to the cylinder part with a flange part 214 to the outside and with a flange part 216 inwards, in such a way that a central recess 218 still remains in the interior. The flange-shaped connecting part 226 has on its underside as a connection point of the positioning module to the component 204 , on the flat bottom side 228 , with which the positioning module is set up on a support surface 230 , the support surface 230 and the joining surface 220 lying only coincidentally in one plane .

Durch Mittellinien 222 ist angedeutet, daß dort Festspannkräfte - z. B. mit Hilfe von Schrauben - erzeugt sein sollen, durch welche das Modul relativ zur Aufstellfläche 230 queraxial unverrückbar fixiert ist.By center lines 222 it is indicated that there clamping forces - z. B. with the help of screws - should be generated by which the module is fixed axially immovably relative to the footprint 230 .

Durch die über die axiale Positionierkraft erzwungene axiale Ausfederung der Membrane 210 werden insbesondere durch die in der Membrane ent stehenden Zugkräfte Biegemomente erzeugt, welche über den abgerundeten Übergangsquerschnitt 232 in den oberen Teil des Zylinderteils 212 einge leitet werden und dort eine radial nach innen gerichtete Deformation ver ursachen.Due to the axial deflection of the membrane 210 , which is forced via the axial positioning force, bending moments are generated in particular by the tensile forces arising in the membrane, which are introduced via the rounded transition cross-section 232 into the upper part of the cylinder part 212 and there deform a radially inward deformation causes.

Die Größe und der Verlauf dieser Radial-Deformation werden maßgeblich von der Wandstärke "s" des Zylinderteils 212, bzw., annäherungsweise ausgedrückt durch eine Größe aus der Festigkeitslehre, durch ein bere chenbares Flächenträgheitsmoment J₁ = f (s²) bestimmt. Ein derartiges Flä chenträgheitsmoment J₂ läßt sich auch für das flanschförmige Anschlußteil 226 definieren.The size and the course of this radial deformation are largely determined by the wall thickness "s" of the cylinder part 212 , or, approximately expressed by a size from the strength theory, by a calculable area moment of inertia J₁ = f (s²). Such a surface inertia J₂ can also be defined for the flange-shaped connecting part 226 .

In Fig. 2a ist ein Verhältnis J₂ zu J₁ größer oder gleich 8 angenommen, womit zusammen mit einer entsprechend dimensionierten Höhe des Zylin derteiles 212 erreicht wird, daß die am oberen Rand in das Zylinderteil 212 eingeleiteten Biegemomente an der Anschlußfläche 228 des Anschlußteiles 226 keine radial gerichteten Deformations-Verlagerungen mehr auslösen können. Diese Situation wird zumindestens immer dann in befriedigender Weise erreicht, wenn der (weiter vorne näher definierte) bewegungsneu trale Punkt N im Übergangsbereich zwischen Zylinderteil 212 und An schlußteil 226 liegt.In Fig. 2a, a ratio J₂ to J₁ is assumed to be greater than or equal to 8, which together with a correspondingly dimensioned height of the cylinder part 212 is achieved that the bending moments introduced into the cylinder part 212 at the upper edge on the connection surface 228 of the connection part 226 are not radial directed deformation shifts can trigger more. This situation is at least always achieved in a satisfactory manner if the (more precisely defined further) movement-neutral point N lies in the transition region between the cylinder part 212 and the connection part 226 .

In Fig. 2b ist eine Positioniereinrichtung zum Positionieren der beiden Bauteile 252 und 254, und zwar in der Situation nach Beendigung der zweiten Fügephase, gezeigt, in welcher ein rotationssymmetrisch gestaltetes Positioniermodul 250 verwendet wird, welches bezüglich der Eigendeforma tion unter der Belastung der axialen Positionierkraft sich ähnlich verhält wie dasjenige in Fig. 2a. In Fig. 2b, a positioning device for positioning the two components 252 and 254 , in the situation after the end of the second joining phase, is shown, in which a rotationally symmetrical positioning module 250 is used, which with respect to the self-deformation under the load of the axial positioning force behaves similarly to that in Fig. 2a.

Im Unterschied zu Fig. 2a verfügt das Positioniermodul 250 an seinem un teren Anschlußteil 276 jedoch über 2 Anschlußflächen zum Bauteil 254. Über die Anschlußfläche 278 ist das Positioniermodul auf der Auflageflä che 280 aufgestellt und über die Anschlußfläche 278 wird auch die axiale Positionierkraft auf das Bauteil 254 übertragen. Vermittels der zylindri schen Anschlußfläche 284 wird das Positioniermodul 250 queraxial fixiert, dadurch, daß der Ringspalt zwischen der Anschlußfläche 284 und der Zy linderwand der Aufnahmebohrung 288 mit einer Ausgießmasse 286 ausge füllt ist.In contrast to FIG. 2a, the positioning module 250 has two connecting surfaces to the component 254 on its lower connecting part 276 . On the pad 278, the positioning is on the Auflageflä surface 280 positioned and on the pad 278 and the axial positioning force is transmitted to the component 254th By means of the cylindrical contact surface 284 , the positioning module 250 is fixed transversely axially, in that the annular gap between the connection surface 284 and the cylinder wall of the receiving bore 288 is filled with a pouring compound 286 .

In Fig. 3a und 3b wird in Verbindung mit den beiden zu positionierenden Bauteilen 302 und 304 ein rotationssymmetrisches Positioniermodul 300 ge zeigt, welches aus zwei getrennt zu fertigenden Teilen besteht. Der in Fig. 3a gezeigte Axialschnitt folgt der in Fig. 3b gezeigten Schnittführung. Das obere Fügeteil besteht aus einer Kreismembran 310 und einem stoffschlüs sig angeformten Zylinderteil 312, welches mit seinem Außenzylinder 337 mit einem Preßsitz in eine Aufnahmebohrung 327 des untenliegenden An schlußteiles aus einem Metall mit hoher Festigkeit eingefügt ist.In Fig. 3a and 3b in connection with the two components to be positioned 302, and 304 is a rotationally symmetrical positioning module 300 of Ge, which is to be manufactured, parts of two separately. The axial section shown in FIG. 3a follows the section shown in FIG. 3b. The upper joining part consists of a circular membrane 310 and a materially molded cylinder part 312 , which is inserted with its outer cylinder 337 with a press fit into a receiving bore 327 of the underlying connection part made of a metal with high strength.

Das untenliegende Anschlußteil 317 ist mit einer als Planfläche ausgebilde ten Anschlußfläche 328 und mit einer zylindrischen Anschlußfläche 334 versehen. Die Lagefixierung des Anschlußteiles 317 durch Ausgießen eines Ringspaltes ist ähnlich wie in Fig. 2b gezeigt.The underlying connecting part 317 is provided with a connecting surface 328 designed as a flat surface and with a cylindrical connecting surface 334 . The position fixing of the connecting part 317 by pouring out an annular gap is similar to that shown in Fig. 2b.

Das zahlenmäßige Verhältnis der Flächenträgheitsmomente J₄ des untenlie genden Anschlußteiles 317 zu J₃ des Zylinderteiles 312 ist gleich oder größer als acht, so daß in Verbindung mit den frei wählbaren Größen zur Dimensionierung beider Teile erreicht wird, daß der bewegungsneutrale Punkt N im Bereich der zwischen beiden Teilen sich bildenden Fügefläche definierbar ist. Damit ist sichergestellt, daß an der Fügefläche zwischen dem Außenzylinder 337 des Zylinderteiles 312 und der Aufnahmebohrung 327 des Anschlußteiles 317 beide Bauteile stets unter Druckspannung ste hen, was eine ausreichende Quersteifigkeit und Spielfreiheit zugleich ge währleistet.The numerical ratio of the moments of inertia J₄ of the connecting part 317 below to J₃ of the cylinder part 312 is equal to or greater than eight, so that in conjunction with the freely selectable sizes for dimensioning both parts, the movement-neutral point N is achieved in the area between the two parts forming joining surface is definable. This ensures that both components are always under compressive stress on the joint surface between the outer cylinder 337 of the cylinder part 312 and the receiving bore 327 of the connecting part 317 , which at the same time ensures sufficient transverse rigidity and freedom from play.

In Fig. 3a sind links und rechts von der Positionierachse 324 Ausnehmun gen 340 zu erkennen, welche sich über die Membrane 310 und den oberen Teil des Zylinderteiles 312 zugleich erstrecken. Wie man aus der Fig. 3b, welche einen Schnitt durch die Positioniereinrichtung der Fig. 3a gemäß der dort gekennzeichneten Schnittführung darstellt, erkennt, sind die Ausnehmungen 340 radial ausgerichtet und mehrfach auf dem Umfang des oberen Fügeteiles vorhanden.In Fig. 3a to the left and right of the positioning axis 324 Ausnehmun gene 340 can be seen, which extend over the membrane 310 and the upper part of the cylinder part 312 at the same time. As can be seen from FIG. 3b, which shows a section through the positioning device of FIG. 3a in accordance with the cutting pattern identified there, the recesses 340 are aligned radially and are present several times on the circumference of the upper joining part.

Mit der Einbringung derartiger Ausnehmungen wird die Biegewilligkeit der an der Membranverformung beteiligten Materialpartien erhöht, was in mehrfacher Weise vorteilhaft sein kann, z. B. auch zwecks Erhöhung der Dauerfestigkeit des ganzen oberen Fügeteiles. Die Erhöhung der Biegewil ligkeit kann anschaulich dadurch erfaßt werden, wenn man bedenkt, daß während der axialen Ausfederung der Membrane die Breite 342 der schlitzförmigen Ausnehmungen verringert wird.With the introduction of such recesses, the flexibility of the parts of the material involved in the membrane deformation is increased, which can be advantageous in several ways, for. B. also for the purpose of increasing the fatigue strength of the entire upper joining part. The increase in Biegewil ability can be clearly illustrated if you consider that the width 342 of the slot-shaped recesses is reduced during the axial deflection of the membrane.

Die Anbringung von Entlastungs-Ausnehmungen (340), wie in Fig. 3 ge zeigt, empfiehlt sich auch für die entsprechend betroffenen Abschnitte der in den Fig. 2 und 4 gezeigten Positioniermodule.The provision of relief recesses ( 340 ), as shown in Fig. 3 ge, is also recommended for the correspondingly affected sections of the positioning modules shown in Figs. 2 and 4.

In den Fig. 4a bis 4c werden durch zwei getrennt zu fertigende Fü geteile zusammengefügte Positioniermodule gezeigt, bei welchen das jeweils untere Fügeteil die queraxialen Positionierkräfte oder Betriebskräfte auf das andere zu positionierende Bauteil überträgt. Dabei ist die formschlüs sige Verbindung zwischen beiden Fügeteilen immer dadurch hergestellt, daß eine zylinderförmige Innenfläche des oberen Fügeteils mit einer zylin drischen Außenfläche des Unterteils unter Erzeugung eines Preßsitzes ge fügt ist.In FIGS. 4a to 4c, positioning modules joined together by two separately manufactured joining parts are shown, in which the respective lower joining part transmits the transverse axial positioning forces or operating forces to the other component to be positioned. The positive connection between the two joining parts is always made by adding a cylindrical inner surface of the upper joining part with a cylindrical outer surface of the lower part to produce a press fit.

Durch die Gestaltung der Flächenträgheitsmomente J₅ des oberen Fügetei les und J₆ des unteren Fügeteiles, jeweils bezogen auf die Umgebung um die gemeinsame zylindrische Fügefläche, ist in allen 3 gezeigten Fällen dafür gesorgt, daß der bewegungsneutrale Punkt N, in Axialrichtung gese hen, im Bereich der zylindrischen Fügefläche liegt. Damit ist Vorsorge ge troffen dafür, daß auch bei betriebsmäßig vorgesehener axialer Mem branausfederung im Bereich der zylindrischen Fügefläche stets Preßsitz- Verhältnisse vorherrschen. Gleichzeitig muß die Formgestaltung des unte ren Fügeteiles auch derart ausgeführt sein, daß radial gerichtete Verfor mungsbewegungen an den Anschlußstellen für die queraxiale Lagefixierung nicht auftreten.By designing the moments of inertia J₅ of the upper joint les and J₆ of the lower part to be joined, each based on the environment the common cylindrical joining surface is in all 3 cases shown made sure that the neutral point N, seen in the axial direction hen, lies in the area of the cylindrical joining surface. This is precaution make sure that even with operationally intended axial mem spring deflection in the area of the cylindrical joint surface Conditions prevail. At the same time, the design of the bottom Ren joining part can also be designed such that radially directed Verfor movement at the connection points for the transverse axial position fixing do not occur.

Die unterschiedliche Ausführungsart der 3 Positioniermodule der Fig. 4a bis 4c ist leicht aus den Zeichnungen zu erkennen: The different design of the 3 positioning modules of FIGS. 4a to 4c can easily be seen from the drawings:

In Fig. 4a liegen die beiden zu positionierenden Bauteile 402 und 404 nach Abschluß der zweiten Fügephase an ihrer gemeinsamen Fügefläche 420 zu sammen. Das untere Fügeteil besteht aus einem abgesetzten Vollzylinder 444, dessen Zylinderteil mit dem kleineren Durchmesser in einen Innenzy linder des oberen Fügeteiles 413 eingepreßt ist. Der queraxiale Festsitz des Moduls ist durch Ausfüllen eines Ringspaltes mit einer Vergießmasse 436 bewerkstelligt. Die axiale Positionierkraft wird über die Unterseite 443 des oberen Fügeteils unmittelbar auf die dafür gleichzeitig als Auflageflä che dienende Fügefläche 420 übertragen.In Fig. 4a, the two are together to 420 to be positioned components 402 and 404 after completion of the second joining phase at their common joining surface. The lower joining part consists of a stepped solid cylinder 444 , the cylinder part with the smaller diameter is pressed into an inner cylinder of the upper joining part 413 . The transverse axial tight fit of the module is accomplished by filling an annular gap with a casting compound 436 . The axial positioning force is transmitted via the underside 443 of the upper joining part directly to the joining surface 420 , which at the same time serves as a supporting surface.

Bei den in den Fig. 4b und 4c dargestellten Positioniereinrichtungen ist von den zu positionierenden Bauteilen nur jeweils das untere Bauteil 405 bzw. 406 gezeichnet. Die beiden Positioniermodule 450 und 451 unter scheiden sich im wesentlichen in der Art ihrer queraxialen Lage-Siche rung.In the positioning devices shown in FIGS. 4b and 4c, only the lower component 405 and 406 is drawn from the components to be positioned. The two positioning modules 450 and 451 differ essentially in the type of their transverse axial position hedging.

In Fig. 4b ist das untere Fügeteil 452 des Positioniermoduls in seiner Lage quer zur Positionierachse 456 durch das Ausgießen eines Ringspaltes mit einer Vergießmasse 457 gesichert. In Fig. 4c ist die Festlegung der quera xialen Lage dadurch vorgenommen worden, daß das untere Fügeteil 453 mit seinem Außenzylinder 458 mit einem Preßsitz in den entsprechenden Innen zylinder der Bauteilbohrung 459 eingepreßt wurde.In FIG. 4b, the lower joining part 452 of the positioning module is secured in its position transversely to the positioning axis 456 by pouring an annular gap with a casting compound 457 . In Fig. 4c, the definition of the transverse position has been made in that the lower joining part 453 with its outer cylinder 458 has been press-fitted into the corresponding inner cylinder of the component bore 459 .

In Fig. 4b und Fig. 4c wurden im Bereich des gemeinsamen Fügesitzes die Flächenträgheitsmomente J₆ der unteren Fügeteile der Positioniermodule an die Flächenträgheitsmomente J₅ der an die Membranteile 460 bzw. 461 an geformten Zylinderteile 462 bzw. 463 angepaßt, daß sich eine bestimmte ge meinsame elastische Verformung der den Fügesitz umgebenden Materialpar tien, sowohl in den Wandungen der Zylinderteile 462, 463 als auch in den Wandungen 466, 467 der unteren Fügeteile, ergibt.In Fig. 4b and Fig. 4c, the area moments of inertia J₆ of the lower joining parts of the positioning modules were adapted to the area moments of inertia J₅ of the membrane parts 460 and 461 on shaped cylinder parts 462 and 463 in the area of the common joint seat, that a certain ge joint elastic Deformation of the material parts surrounding the joining seat, both in the walls of the cylinder parts 462 , 463 and in the walls 466 , 467 of the lower joining parts, results.

Diese sich mit der axialen Ausfederung der Membranen einstellenden ge meinsamen Verformungen sind so ausgelegt, daß der bewegungsneutrale Punkt N in beiden Fällen, in Axialrichtung gesehen, im Bereich der ge meinsamen Fügefläche liegt. Des weiteren ist der untere Teil des unteren Fügeteils 452 bzw. 453 derart gestaltet, daß sich an den den queraxialen Festsitz bestimmenden Anschlußflächen 470, 458 keine radial gerichteten Verlagerungsbewegungen zeigen können. This with the axial rebound of the membranes ge common deformations are designed so that the neutral point N in both cases, seen in the axial direction, lies in the area of the joint joint surface. Furthermore, the lower part of the lower joining part 452 or 453 is designed in such a way that no radially directed displacement movements can show on the connecting surfaces 470 , 458 which determine the transverse axial tight fit.

Für alle in den Fig. 2a bis 4c dargestellten Positioniermodule gilt, daß die an die Membranen angeformten Zylinderteile 212, 312, 412, 462 auch abweichend von der dargestellten zylindrischen Form, nämlich mit nach außen ausgebauchten Wandungen - etwa nach Art der äußeren Wandungen eines hohlen Torusgebildes - ausgeführt sein könnten. Dies bietet u. a. den Vorteil , daß damit der Durchmesser dieses Modulteiles verringert und die Dauerfestigkeit erhöht werden kann.For all of the positioning modules shown in FIGS . 2a to 4c, the cylinder parts 212 , 312 , 412 , 462 formed on the membranes also deviate from the cylindrical shape shown, namely with outwardly bulging walls - for example in the manner of the outer walls of a hollow one Torus formation - could be executed. This offers the advantage, among other things, that the diameter of this module part can be reduced and the fatigue strength increased.

In Fig. 5 ist ein Linear-Modul 500 dargestellt, mit einer Längsachse 502 und mit einem plattenförmigen Träger 508, in welchem eine Positionieraus nehmung 506 ausgebildet ist. Durch die mittig durch die Positionieraus nehmung und im wesentlichen senkrecht zum plattenförmigen Träger 508 verlaufende Positionierachse 504 und gleichzeitig durch die Längsachse 502 ist eine Längsebene 504/502 definierbar.In Fig. 5, a linear actuator 500 is shown, with a longitudinal axis 502 and having a plate-shaped carrier 508, in which a recess is formed Positionieraus 506th A longitudinal plane 504/502 can be defined by the positioning axis 504 running centrally through the positioning recess and essentially perpendicular to the plate-shaped carrier 508 and at the same time by the longitudinal axis 502 .

Das Linear-Modul 500 ist als Positioniermodul einsetzbar, vergleichbar mit den Positioniermodulen der Positioniereinrichtungen der Fig. 2a bis 4c. Dies erkennt man sogleich , wenn man einen gedachten Schnitt durch die Positionierachse senkrecht zur Längsachse 502 mit dem Axialschnitt durch eines der rotationssymmetrischen Positioniermodule vergleicht.The linear module 500 can be used as a positioning module, comparable to the positioning modules of the positioning devices in FIGS. 2a to 4c. This can be seen immediately if one compares an imaginary section through the positioning axis perpendicular to the longitudinal axis 502 with the axial section through one of the rotationally symmetrical positioning modules.

Bei einem Vergleich mit dem Positioniermodul gemäß Fig. 2a kann man die Schenkel 510 bzw. 510′ mit den Wandungsquerschnitten des Zylinderteiles 212 gleichsetzen. Die durchgehende untere Fußplatte 561 kann man gleich setzen mit den Flanschteilen 214/216 in Fig. 2a.In a comparison with the positioning module according to FIG. 2a, the legs 510 and 510 'can be equated with the wall cross sections of the cylinder part 212 . The continuous lower foot plate 561 can be placed directly with the flange parts 214/216 in Fig. 2a.

Allein aus der Bauart mit einer ausgeprägten Längserstreckung des Li near-Moduls ergibt sich ein Unterschied im Deformationswiderstand gegen parallel zum plattenförmigen Träger 508 und durch die Positionierachse 504 hindurch verlaufende Kräfte in Abhängigkeit von deren Richtung.The design with a pronounced longitudinal extension of the linear module alone results in a difference in the resistance to deformation against forces running parallel to the plate-shaped carrier 508 and through the positioning axis 504 , depending on their direction.

Diese Eigenschaft des Linear-Moduls kann man durch eine entsprechende Dimensionierung noch besonders hervorheben, und zwar derart, daß der Verformungswiderstand gegen in Richtung der Längsachse 502 gerichtete Kräfte (Steifigkeit 1) groß und gegen senkrecht zur Längsachse gerichtete Kräfte (Steifigkeit 2) verhältnismäßig gering ist. This property of the linear module can be particularly emphasized by appropriate dimensioning, in such a way that the deformation resistance against forces directed in the direction of the longitudinal axis 502 (stiffness 1) is large and against forces directed perpendicular to the longitudinal axis (stiffness 2) is relatively low .

Das in Fig. 5 mit der Maßlinie 564 gekennzeichnete Stück der unteren Fußplatte 561 kann übrigens auch durchgehend entfallen, da die quera xialen, an der Fußplatte 561 angreifenden Verformungskräfte längst nicht so groß sind wie bei einem rotationssymmetrisch ausgeführten Positionier modul.The piece of the lower base plate 561 indicated in Fig. 5 with the dimension line 564 can also submit continuous omitted since the Quera xialen, on the base plate 561 engaging long deformation forces are not as great as with a rotationally symmetrically designed positioning module.

Die an der Fußplatte angreifenden queraxialen Kräfte können mit den glei chen Montage-Ausführungsarten in die Bauteile übergeleitet werden, wie sie für die rotationssymmetrischen Positioniermodule beschrieben wurden.The transverse axial forces acting on the base plate can be with the same Chen assembly types are transferred to the components, such as they were described for the rotationally symmetrical positioning modules.

Die mögliche Ausbildung von deutlichen Unterschieden der Steifigkeiten des Linear-Moduls bezüglich der Richtung von über das Positionierelement angreifenden Kräften senkrecht zur Positionierachse 504 kann man vorteil haft ausnutzen, um bei der Positionierung von zwei Bauteilen über 2 oder mehrere Positionierstellen mit wenigstens 2 Positionierausnehmungen in je dem Bauteil jene Maßtoleranzen aufzufangen und bezüglich ihrer Auswir kung auch auszumitteln, die sich als Abweichungen von den Nennmaßen zwischen den Positionierachsen - z. B. in Folge von unterschiedlichen Er wärmungen - ergeben.The possible formation of clear differences in the stiffness of the linear module with respect to the direction of forces acting via the positioning element perpendicular to the positioning axis 504 can advantageously be exploited in order to position two components over 2 or more positioning points with at least 2 positioning recesses in each Component to absorb those dimensional tolerances and to average their effects, which can be identified as deviations from the nominal dimensions between the positioning axes - e.g. B. as a result of different he warmings - result.

Derartige Ausgleichseigenschaften sind vor allem bei Palettenwechselsyste men (z. B. für das Auswechseln von auf Bearbeitungsstationen zu wechseln den Werkstücken) mit sehr hoher Positioniergenauigkeit gefragt.Such balancing properties are especially with pallet changing systems men (e.g. for changing from to processing stations the workpieces) with very high positioning accuracy.

In den Fig. 6 bis 8 sind in schematisierter Weise vorteilhafte Verwen dungsmöglichkeiten von Linear-Modulen zum Positionieren von wiederholt aufzusetzenden Bauteilen, z. B. Paletten, aufgezeigt.In Figs. 6 to 8 are advantageous USAGE in a schematic manner training opportunities of linear actuators for positioning repeated aufzusetzenden components, z. B. pallets.

Die Kreise 600, 700, 800 sollen die Umfangskonturen von jeweils in runder Form vorliegenden unteren und oberen Bauteilen andeuten, wobei das un tere Teil z. B. ein Palettenaufnahmekörper und das obere Teil eine positio nierte Rundpalette darstellt, welche bezüglich des Mittelpunkts M und be züglich einer möglichen Drehung um den Mittelpunkt M sehr genau zu po sitionieren ist.The circles 600 , 700 , 800 are intended to indicate the circumferential contours of the lower and upper components, each in a round shape, the lower part, for. B. a pallet receiving body and the upper part is a positio ned round pallet, which is very precisely po sitioning with respect to the center M and be with respect to a possible rotation about the center M.

Die in Fig. 6 und 7 erscheinenden kreisförmigen Gebilde 602, 702 stellen Positioniereinrichtungen - z. B. gemäß den Fig. 2a bis 4c - mit rich tungsunabhängiger Steifigkeit dar. Die in Fig. 6 bis 8 dargestellten Rechtecke 604; 704; 706; 802, 804, 806 sind Linear-Module, z. B. gemäß Fig. 5, welche bezüglich ihrer Längsachsen jeweils senkrecht zu einer durch den Mittelpunkt M und durch die Positionierachse des Linear-Moduls leg baren Geraden ausgerichtet sind.The circular structures 602 , 702 appearing in FIGS. 6 and 7 represent positioning devices - e.g. B. according to Figs 2a to 4c - rich with tung independent rigidity is in Fig 6 The rectangles shown to 8604.;.. 704 ; 706 ; 802 , 804 , 806 are linear modules, e.g. Which their longitudinal axes are each aligned perpendicular to a cash through the center M and by the positioning of the linear module leg straight respect example of FIG. 5.

Diese Linear-Module sollen in Richtung ihrer Längsachsen eine hohe Stei figkeit 1 aufweisen. Für den Fall, daß die Positionierachsen der oberen und unteren Bauteile bei Durchführung der Fügephase 1 nicht genau übereinstimmen, bewirkt die durch das Zusammenspiel von kugelförmigen Positionierelement und kegelförmiger Positionierausnehmung entstehende Zentriereigenschaft, daß das Linear-Modul in Richtung seiner geringeren Steifigkeit 2 so lange deformiert wird, bis die Achsen von Positionierelement und Positionierausnehmung (weitestgehend) übereinstimmen.These linear modules should have a high stiffness 1 in the direction of their longitudinal axes. In the event that the positioning axes of the upper and lower components do not exactly match when the joining phase 1 is carried out, the centering property created by the interaction of the spherical positioning element and the conical positioning recess causes the linear module to be deformed in the direction of its lower rigidity 2 for so long until the axes of the positioning element and the positioning recess coincide (as far as possible).

In Fig. 6 gelangen zwei Positioniereinrichtungen zur Anwendung, von denen eine, 602, eine Fixposition darstellt, welche auch unter der Einwir kung von aus Toleranzen des Stichmaßes 608 ableitbaren Positionierkräften nicht veränderbar ist.In Fig. 6, two positioning devices are used, one of which, 602 , represents a fixed position, which cannot be changed even under the influence of positioning forces that can be derived from tolerances of the inside dimension 608 .

Beim Auftreten von Toleranzen des Stichmaßes 608 (im oberen oder unteren Bauteil) erfolgt eine entsprechende Deformation des Linear-Moduls in Richtung der Verbindungs-Geraden 610. Wegen der gleichzeitig wirkenden hohen Steifigkeit 1 kommt es jedoch in Richtung des Doppelpfeiles 606 zu keiner Abweichung der vorgegebenen Position. Die in einer Anordnung ge mäß der Fig. 6 kompensierte Stichmaßtoleranz T1 hat eine Fehlpositionie rung des Mittelpunktes M um etwa einen Betrag T1/2 zur Folge.If tolerances of the internal dimension 608 (in the upper or lower component) occur, the linear module is correspondingly deformed in the direction of the connecting straight line 610 . Because of the simultaneously high rigidity 1, there is no deviation of the predetermined position in the direction of the double arrow 606 . The compensated gauge tolerance T1 in an arrangement according to FIG. 6 results in an incorrect positioning of the center point M by approximately an amount T1 / 2.

In Fig. 7 ist eine Bauteile-Positionierung mit Hilfe von 3 Positionierein richtungen vorgesehen, wobei mit 702 eine Positioniereinrichtung mit Fix position vorgegeben ist. Etwaig vorhandene Toleranzen der Stichmaße A-B, A-C und B-C können nur durch Deformationen quer zur Längsachse der Linear-Module 704 und 706 kompensiert werden.In Fig. 7 a component positioning with the help of 3 positioning devices is provided, with 702 a positioning device with fixed position is specified. Any tolerances of the internal dimensions AB, AC and BC can only be compensated for by deformations transverse to the longitudinal axis of the linear modules 704 and 706 .

Wenn bei dieser Anordnung die größte auftretende Stichmaßtoleranz einen Betrag von T2 aufweist, so wird dies zur Folge haben, daß die Fehlpositio nierung des Mittelpunktes bei einem Betrag kleiner als der Wert T2/2 liegt. Wegen der relativ geringen Steifigkeit T2 der Linear-Module wird bei einer Anordnung gemäß Fig. 7 allerdings vorausgesetzt, daß die Linear-Mo dule mit gleicher Steifigkeit T2 ausgestattet sind und daß nach dem Ab schluß der Fügephase 2 eine zusätzliche Fixierung der gefügten Rela tivlage beider Bauteile mit zusätzlichen Mitteln (etwa festes Verspannen der Fügeflächen) erfolgt, um aus der vorgesehenen betrieblichen Nutzung entstehende Störkräfte übertragen zu können, ohne die genaue Relativlage einbüßen zu müssen.With this arrangement, if the greatest gauge tolerance that occurs has an amount of T2, this will result in the mispositioning of the center point being less than the value T2 / 2. Because of the relatively low stiffness T2 of the linear modules, an arrangement according to FIG. 7 assumes, however, that the linear modules are equipped with the same stiffness T2 and that after the end of the joining phase 2 an additional fixation of the added relative position of both Components with additional means (such as firm clamping of the joining surfaces) are carried out in order to be able to transmit interference forces arising from the intended operational use without having to lose the exact relative position.

In Fig. 8 wird die Positionierung ausschließlich mit Hilfe von Linear-Modu len vorgenommen. Es wird vorausgesetzt, daß alle Module über die gleiche Steifigkeit 2 verfügen. Unter diesen Bedingungen kann es im Vergleich zu den Anordnungen gemäß Fig. 6 und 7 zur genauest möglichen Positionie rung des Mittelpunktes M kommen, bezogen auf die Anforderung, in der Größe vergleichbare Stichmaß-Toleranzen kompensieren zu müssen.In Fig. 8, the positioning is carried out exclusively with the help of linear modules. It is assumed that all modules have the same stiffness 2. Under these conditions, compared to the arrangements according to FIGS. 6 and 7, the most accurate possible positioning of the center point M can occur, based on the requirement to have to compensate for tolerances that are comparable in size.

Man erkennt dies daran, daß offensichtlich beim Auftreten von gleich großen Toleranzen T3 für die Stichmaße A-B, B-C und A-C die daraus re sultierende Fehlpositionierung des Punktes M den Wert Null aufweisen muß. Diese Eigenschaft ist von großem praktischen Wert, wenn - wie dies z. B. für Werkstückpaletten gilt - zu vermuten ist, daß die Toleranzen T3 gleich groß ausfallen, da sie auf einen Temperaturunterschied zwischen beiden zu positionierenden Bauteilen zurückzuführen sind.You can recognize this from the fact that obviously when the same occurs large tolerances T3 for the pitches A-B, B-C and A-C which resulting mispositioning of point M must have the value zero. This property is of great practical value if - as this z. B. applies to workpiece pallets - it can be assumed that the tolerances T3 are the same turn out large because they indicate a temperature difference between the two components to be positioned.

Diese Eigenschaft zur fehlerfreien Kompensierung von aus unterschiedli chen Temperaturen in den zu positionierenden Bauteilen entstehenden Stichmaß-Toleranzen läßt sich natürlich auch mit im Vergleich zu den zu vor beschriebenen Linear-Modulen noch andersartig gestalteten Positio niereinrichtungen, sogar auch bei Verwendung von 2 oder 4 anstatt 3 Po sitionierstellen, erzielen. Dabei muß lediglich Vorsorge dafür getroffen sein, daß an allen beteiligten Positionierstellen eine möglichst gleiche Steifigkeit in einer solchen Richtung vorhanden ist, welche durch eine Verbindungsli nie vom Mittelpunkt M durch die Positionierachsen (A, B, C) beschreibbar ist.This property for error-free compensation from different temperatures in the components to be positioned Gauge tolerances can of course also be compared to position described in a different way before linear modules described kidney equipment, even when using 2 or 4 instead of 3 Po sitioning, achieve. All that has to be done is to ensure that that the stiffness is as equal as possible at all positioning points involved is present in such a direction, which by a connecting link can never be written from the center M through the positioning axes (A, B, C) is.

Dabei muß die in diesen Richtungen vergleichbare Steifigkeit durch bewußt vorgenommene Dimensionierung von elastisch verformbaren Materialpartien Ausweichbewegungen der Positioniereinrichtungen zulassen, derart, daß die dabei während des (mit Reibung erzeugenden Relativbewegungen verbun denen) Zentriervorganges (erste Fügephase) auftretenden queraxialen Po sitionierkräfte keinen merklichen Verschleiß an den beteiligten Teilen er zeugen. The stiffness comparable in these directions must be deliberately made dimensioning of elastically deformable material parts Allow evasive movements of the positioning devices, such that the doing so during the (with relative movements generating friction which) centering process (first joining phase) occurring transverse axial Po sitioning forces no noticeable wear on the parts involved testify.

Voraussetzung ist natürlich, daß es sich um einen in 2 Fügephasen ablau fenden Positioniervorgang handelt, wobei nach Abschluß der zweiten Füge phase eine mit zusätzlichen Hilfsmitteln herbeigeführte Fixierung der Rela tivlage beider Bauteile vorgenommen wird, um die durch die Positionierung erzielte Relativlage trotz der möglichen Einwirkung von Störkräften (Be triebskräften) einhalten zu können.The prerequisite is, of course, that it is blue in two joining phases fenden positioning process, after completion of the second joint phase a fixation of the rela brought about with additional aids tive position of both components is made by the positioning Relative position achieved despite the possible influence of disturbing forces (Be driving forces).

Claims

1. Positioning device for joining two components ( 202 , 204 ) in the predetermined relative position, with the features:

(a) a first component ( 202 ) has a projecting positioning element ( 206 ) which is centrally symmetrical with respect to an axis ( 224 ) and tapered outwards in the region of contact zones,
(b) a second component ( 204 ) has a positioning recess ( 299 ) that is centrally symmetrical with respect to an axis ( 224 ) and tapers inward in the region of contact zones and can be joined to the first component in such a way that the axes of the two coincide,
(c) both components have mutually facing joining surfaces ( 220 ) which abut one another after being joined, the positioning element and the positioning recess being dimensioned such that the joining process proceeds as defined in features (d) and (e) below,
(d) during assembly, the positioning element penetrates into the positioning recess in a first joining phase until the contact zones of the two components that are seen for centering touch each other while there is still a joining gap between the joining surfaces,
(e) in a second joining phase, the joining gap is closed under the action of an axial clamping force, the material in the region of the contact zones being subjected to an elastic deformation, the elastic deformation being predominantly a bending deformation with material displacement essentially in the axial direction,
(f) the positioning element and / or the positioning recess are provided on a plate-like support ( 210 ) which is axially supported only near its outer contour, and can be deflected axially with its central region characterized by the contact zones, in combination with the following features a positioning module ( 200 ), which the plate-shaped carrier ( 210 ) forms with its connection parts,
(g) the support of the plate-like carrier ( 210 ) is carried out on a circular outer contour over a there integrally formed, with respect to the axis ( 224 ) cylindrical connector 1 ( 212 ), with an area moment of inertia J 1, which is relevant for those with a radia len material displacement associated bending movement of the connecting part 1 due to the axial deflection,
(h) to the cylindrical connecting part 1 ( 212 ) is a flange-shaped, with the flange collar the connecting part 1 projecting outwards and / or inwardly projecting connecting part 2 ( 214, 216 ), with a moment of inertia J₂, which is decisive for the deformation by due to the axial deflection in the connecting part 1 generated bending moments,
(i) the area moment of inertia J₂ is at least eight times larger than the area moment of inertia J₁,
(k) the axial height ( 297 ) of the connecting part 2 is designed in coordination with the dimensions of the connecting part 1 ( 212 ) such that the axially cut through the positioning module in the cutting surface definable movement neutral point N in the transition region of connecting parts 1 and 2 lies, with no radial displacement movement or a minimum of radial displacement movement occurring at point N in the axial deflection,
(j) the connection surfaces ( 228 , 284 ) of the positioning module for the transmission of clamping or positioning forces on the component are provided on the connecting part 2.

2. Positioning device with the features (a) to (f) of claim 1, in combination with the following features of a positioning module, which by molding a connector 3 ( 312 ) to the plate-like carrier ( 310 ) and by joining connector 3 with one On connecting part 4 ( 317 ) is formed:

(g) the support of the plate-like carrier ( 310 ) is carried out on a circular outer contour over a materially integrally molded there, with respect to the axis ( 324 ) cylindrical connecting part 3 ( 312 ), with an area moment of inertia J₃, which is decisive for those with a radia len material displacement associated bending movement of the connecting part 3 due to the axial deflection,
(h) the connector 3 is joined at its other cylinder end with a separately manufactured connector 4 ( 317 ), such that a rotationally symmetrical outer surface ( 337 ) of the connector 3 with a corresponding inner surface ( 327 ) on the connector 4 after joining the connecting parts are in contact with generation of compressive stresses,
(i) the connecting part 4 ( 317 ) is flange or plate-shaped with an area moment of inertia J₄, which is eight times or more than the area moment of inertia J₃, such that the axially section through the positioning module in the cutting surface definable movement neutral point N in axial Seen in the direction of the area between the connecting part 3 and the connecting part 4, there is no radial displacement movement or a minimum of radial displacement movement at point N in the axial deflection,
(K) the connection surfaces ( 328 , 334 ) of the positioning module for the transmission of clamping or transverse axial positioning forces or operating forces on the component are provided on the connecting part 4.

3. Positioning device with the features (a) to (f) of claim 1, in combination with the following features of a positioning module, which by molding a connector 5 ( 462 ) to the plate-shaped carrier ( 460 ) and by joining connector 5 with a connecting part 6 ( 452 ) is formed:

(g) the plate-like support ( 460 ) is supported on a circular outer contour via a materially integrally molded there, in relation to the axis ( 456 ) cylindrical connecting part 5 ( 462 ), with an area moment of inertia J₅, which is decisive for those with a radia len material displacement associated bending movement of the connecting part 5 due to the axial deflection,
(h) the connecting part 5 ( 462 ) is joined at its other cylindrical end with a separately manufactured connecting part 6 ( 452 ), such that a rotationally symmetrical inner surface of the connecting part 5 with a corresponding connecting surface on the connecting part 6 after the joining of both connecting parts Generation of compressive stresses is in contact,
(i) the axially acting deformation force is transmitted essentially only via the cylinder walls ( 462 ) of the connection part 5 from the plate-like carrier ( 460 ) to the connection part 6 ( 452 ),
(k) for the deformation of the connecting part 6 ( 452 ) together by the joining compressive stresses and by the abge derived from the axial deflection and transmitted via the joining surface compressive stresses decisive surface moment of inertia J₆ is chosen in coordination with the surface inertia moment J₅ such that at a Deformation of the positioning module as a result of the operationally provided axial spring deflection on the joint surfaces between the two connection parts, he always produces compressive stresses, and that the definable, movement-neutral point N, seen in the axial direction through the positioning module in the cutting surface, seen in the axial direction, in the area of between the connection part 5 and the connection part 6 formed joining surface, with no radial displacement movement or a minimum of radial displacement movement occurring at point N in the axial deflection,
(j) the connection surfaces ( 470 ) of the positioning module for the transmission of transverse axial positioning forces or operating forces to the component are provided on the connection part 6 ( 452 ).

4. Positioning device according to one of claims 1 to 3, characterized in that radially aligned slots ( 340 ) are provided, which penetrate the plate-like carrier ( 310 ) and the molded cylinder-shaped connecting parts ( 312 ) at the same time, such that at one axia len deflection of the plate-like carrier in the region of the radially inward material shifts the width ( 342 ) of the slots is reduced ver.

5. Positioning device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the integrally formed on the plate-like carrier cylindrical connecting parts ( 212 , 312 , 412 , 462 ) in their, especially provided for the implementation of elastic deformations, directly to the membranes adjoining areas, deviating from the cylindrical shape, with an outwardly bulging wall part, and that the motion-neutral point N is richly defined for that material area from which the material displacement of the wall that occurs as a result of the axial membrane extension does not result in any radial movement components have more.

6. Positioning device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plate-shaped carrier ( 210 ) and the connecting parts formed thereon ( 212 ) and - if provided - the connecting parts ( 214 , 216 ) of the positioning module , which are in turn connected therewith rotati onsymmetrischer manner, but as parts of a linear module ( 500 ) with a longitudinal extension with a longitudinal axis ( 502 ) in a definable longitudinal plane ( 502 , 504 ) are formed and that the cut by an axial section through the rotationally symmetrical parts Ren cutting surfaces or cutting surfaces the cutting contours or cutting surfaces are perpendicular to the longitudinal axis ( 502 ) and through the axis ( 504 ) of the positioning element of a linear module ( 500 ).

7. Positioning device according to claim 6, characterized in that the legs ( 510 , 510 ') which correspond to those contour parts in the rotationally symmetrical embodiment which arise during the cut through the cylindrical connecting part ( 212 ) formed on the plate-shaped carrier ( 210 ), the cross-sectional shape of a section perpendicular to the longitudinal axis ( 502 ) of the module is dimensioned such that the stiffness 1 of the module in the direction of the longitudinal axis ( 502 ) with respect to a force attack on the module via the positioning element and parallel to the component joining surfaces ( 220 ) large and the stiffness 2 in the direction perpendicular to the longitudinal axis ( 502 ) is significantly lower than the stiffness 1.

8. Positioning device according to one of claims 1 to 7, characterized in that both components ( 202 , 204 ) have positioning recesses ( 293 , 299 ), between which the positioning element ( 206 ) is arranged.

9. Positioning device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the module is fixed transversely axially by surrounding with a sealing compound ( 286 ), by inserting into a bore ( 473 ) with positive locking or by clamping with clamping forces ( 222 ), which are oriented essentially perpendicular to the contact surface ( 230 ) of the module ( 200 ).

10. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning element ( 206 ) is spherical at least on one side, at least in the region of contact with the positioning recess ( 299 ).

11. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning element is a ball ( 206 ).

12. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the module ( 602 , 604 ) is provided two or more times for positioning two components.

13. Positioning device according to claim 1, characterized in that the inward flange collar ( 216 ) is designed as a continuous plate without a central recess.

14. Use of positioning devices according to one of claims 1 to 11, for the positioning of two components, characterized in that both components are positioned by two positioning devices, one of which with a rotationally symmetrical module ( 602 ) with essentially in all directions transverse is the same stiffness to the component joining surfaces and the other is provided with a linear module ( 604 ) with reduced stiffness perpendicular to the longitudinal axis, the longitudinal axis being arranged essentially perpendicular to a plane which can be placed through the axes of both positioning elements.

15. Use of positioning devices according to one of claims 1 to 11, for positioning two components, characterized in that both components are positioned by three positioning devices ( 702 , 704 , 706 ), at least two of which are with a linear module ( 704 , 706 ) are seen ver, and wherein the longitudinal axes of both linear modules are arranged substantially perpendicular to those planes which are each near the axis (C) of the positioning element of the third positioning device and through the axis (A, B) of the positioning element of the relevant Li Module can be placed.

16. Use of positioning devices according to one of claims 5 to 11, for positioning two components, characterized in that both components are positioned by three positioning devices ( 802 , 804 , 806 ), each with a linear module, the longitudinal axes of the Li near modules are aligned with respect to a center point (M) in a triangle which can be defined by the position of the axes of the three positioning elements and at the same angle.