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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen oder Anordnen und Unterstützen einer Platte wie z. B. einer Autokarosserieplatte.
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Eine Einspannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreibt beispielsweise die
DE 38 01 813 A1 . Ferner geht aus der
DE 38 16 691 A1 ein Kniehebelspanner mit einem federnden Druckelement hervor.
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Eine ähnliche Einspannvorrichtung geht ferner aus der
US 2004/0065793 A1 hervor.
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Hintergrund der Erfindung
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Viele Autokarosserieplatten sind aus mehreren Platten gebildet, weshalb Verfahren und Vorrichtungen zum Einspannen oder Anordnen und Unterstützen der Platten erforderlich sind, um genaue Toleranzen der fertig gestellten Karosserieplatte sicherzustellen. Beispielsweise wird in der
US 2 054 572 A eine Montagevorrichtung für den Zusammenbau mehrerer Karosserieteile zu einer Karosserie beschrieben, welche mehrere Kniehebelklemmen aufweist, deren jeweiliger Klemmkopf in seiner Gestalt jeweils auf die Form des zu klemmenden Karosserieteils abgestimmt ist. Ferner beschreibt die
DE 31 07 546 C2 solch eine Klemm- bzw. Spannvorrichtung, bei der ein Spannpuffer aus elastomerem Material am unteren Ende des Spannbolzens aufmontiert ist.
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Eine andere typische Platteneinspannvorrichtung umfasst eine Unterstützstruktur wie z. B. eine Grundplatte mit drei oder mehr im Wesentlichen parallelen, flachen Kontaktelementen, einen ersten Passstift mit kreisförmigem Querschnitt und einen zweiten Passstift mit entweder kreisförmigem oder rautenförmigem Querschnitt. Die einzuspannende Platte umfasst zumindest drei im Wesentlichen flache Gebiete, die ausgebildet sind, um mit einem entsprechenden der flachen Kontaktelemente in Eingriff zu stehen, ein kreisförmiges Loch, das ausgebildet ist, um mit dem ersten Passstift in Eingriff zu stehen, und einen Schlitz, der ausgebildet ist, um mit dem zweiten Passstift in Eingriff zu stehen. Die flachen Gebiete und die flachen Kontaktelemente wirken zusammen, um eine Ebene zu errichten. Drei flache Gebiete und drei flache Kontaktelemente sind typischerweise ausreichend, um einen starren Körper anzuordnen und zu unterstützen; allerdings können viele Platten eine ausreichende Flexibilität aufweisen, weshalb es notwendig ist, dass zusätzliche flache Gebiete und flache Kontaktelemente die Platte vollständig unterstützen, um eine Verformung aus der Ebene zu vermeiden. Das kreisförmige Loch und der erste Passstift wirken zusammen, um eine translatorische Bewegung der Platte innerhalb der Ebene einzuschränken, während der Schlitz und der zweite Passstift zusammenwirken, um eine Drehung der Platte um den ersten Passstift herum einzuschränken. Sowohl das kreisförmige Loch als auch der Schlitz müssen geringfügig überdimensioniert im Vergleich mit dem entsprechenden ersten und zweiten Passstift sein, um zuzulassen, dass die Platte in die Einspannvorrichtung eingesetzt und aus dieser entfernt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine möglichst präzise Positionierung einer Autokarosserieplatte sicher zu stellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Einspannvorrichtung zum Anordnen und Unterstützen einer Platte wie z. B. einer Autokarosserieplatte vorgesehen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Einspannvorrichtung;
- 2 ist eine Draufsicht einer Autokarosserieplatte, die zur Verwendung mit der Einspannvorrichtung von 1 ausgebildet ist;
- 3 ist eine perspektivische Darstellung der Einspannvorrichtung von 1, welche die darauf montierte Autokarosserieplatte von 2 aufweist;
- 4 ist eine schematische Veranschaulichung eines Klemmarmes zur Verwendung mit der Einspannvorrichtung der 1 und 3;
- 5 ist eine perspektivische Darstellung einer verstellbaren Unterlegeinheit zur Verwendung mit der Einspannvorrichtung der 1 und 3; und
- 6 ist eine Seitenansicht einer Positionierungseinheit zur Verwendung in einer alternativen Ausführungsform der Positionierungsvorrichtung der 1 und 3.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Fig. durchweg gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 eine perspektivische Darstellung einer Einspannvorrichtung gezeigt, die allgemein bei 10 bezeichnet ist. Die Einspannvorrichtung 10 ist ausgebildet, um eine Platte 11, die in 2 gezeigt ist, innerhalb eines Raumes einzuspannen oder anzuordnen und zu unterstützen, und umfasst eine Unterstützstruktur wie z. B. eine Grundplatte 12. Die Grundplatte 12 weist ein erstes, ein zweites und ein drittes allgemein kugelförmiges Kontaktelement 14, 16 bzw. 18 auf, die daran montiert sind. Das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 können ein beliebiger Typ sein, der auf dem Gebiet der Einspannvorrichtungskonstruktion bekannt ist, wie z. B. ein kugelförmiges Kontaktelement, ein „Canoe-Ball“-Kontaktelement etc.. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Kombination aus der Form des gewählten Kontaktelements und der Gestalt des damit in Kontakt stehenden Abschnitts der Platte einen Einfluss auf die Größe der hertzschen Pressungen haben wird, die auf die Platte 11 übertragen werden, wenn sie innerhalb der Einspannvorrichtung 10 eingespannt ist. Ein größerer Unterschied zwischen den Hauptkrümmungen des Kontaktelements und der Platte an dem Kontaktpunkt wird zu höheren hertzschen Pressungen für eine gegebene aufgebrachte Kraft führen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 voneinander beabstandet sein, sodass sie ein Dreieck bilden, dessen Fläche allgemein die größtmögliche Fläche aller Dreiecke ist, deren Scheitelpunkte innerhalb der Projektionsfläche der Platte 11 liegen, während gegenseitige Beeinflussungen mit anderen funktionellen Gestaltmerkmalen der Platte 11 und mit weiteren Platten vermieden werden, die neben der Platte 11 montiert sein können, um damit während eines Montageprozesses verbunden zu werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass eine alternative Beabstandungsstrategie wie z. B. eine gleichwinkelige Beabstandung in Bezug auf den Schwerpunkt der Platte für das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 verwendet werden kann. Ein erster Montageblock 20, ein zweiter Montageblock 22 und ein dritter Montageblock 24 sind zwischen entsprechenden von dem ersten, dem zweiten und dem dritten allgemein kugelförmigen Kontaktelement 14, 16 und 18 und der Grundplatte 12 angeordnet und dienen dazu, die erforderliche Position für das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 bereitzustellen, um mit der Platte 11 in seiner gewünschten Lage in der dreidimensionalen translatorischen Bewegung und Orientierung in Bezug auf die Grundplatte 12 korrekt in Eingriff zu stehen. Der erste, der zweite und der dritte Montageblock 20, 22 und 24 können durch Roboter-Endeffektoren ersetzt sein, um das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 automatische in die korrekte Position zu unterlegen, wie hierin nachstehend unter Bezugnahme auf 6 erläutert ist.
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Die Einspannvorrichtung 10 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Klemmarm 26, 28 bzw. 30, die dazu dienen, die Platte 11 von 2 in Bezug auf das entsprechende erste, zweite und dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 zu erhalten. Der Aufbau und der Betrieb des ersten, des zweiten und des dritten Klemmarmes 26, 28 und 30 wird hierin unten stehend unter Bezugnahme auf 4 in größerem Detail erläutert. Die Veranschaulichungen der bevorzugten Ausführungsformen in den 1, 3 und 6 zeigen den ersten, den zweiten und den dritten Klemmarm 26, 28 und 30 mit Griffen für eine manuelle Bedienung des Klemmmechanismus. Ein Fachmann wird erkennen, dass in einer automatisierten Fertigungsumgebung die Klemmmechanismen vorzugsweise durch Luftzylinder, Elektromotoren und andere betriebene Mittel betätigt würden, ohne über den beanspruchten Schutzumfang hinauszugehen.
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Unter Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist die Platte 11 als eine innere Karosserieplatte für ein Kraftfahrzeug veranschaulicht. Die Platte 11 ist ein Blechpressteil; die Platte 11 kann jedoch aus anderen Materialien wie z. B. Verbundmaterialien, Kunststoffen etc. gebildet sein. Die Platte 11 umfasst einen ersten sich ausdehnenden Kanal 38, einen zweiten sich ausdehnenden Kanal 40 und einen dritten sich ausdehnenden Kanal 42, die ausreichend ausgebildet sind, um ein entsprechendes erstes, zweites und drittes allgemein kugelförmiges Kontaktelement 14, 16 und 18 aufzunehmen. Der erste, der zweite und der dritte sich ausdehnende Kanal 38, 40 und 42 und das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 wirken zusammen, um eine kinematische Kopplung oder Halterung zu bilden und dabei die Platte 11 im Raum anzuordnen und zu sichern. Der erste, der zweite und der dritte sich ausdehnende Kanal 38, 40 und 42 besitzen vorzugsweise einen allgemein V-förmigen Querschnitt und sind vorzugsweise einteilig mit der Platte 11 gebildet. Ein Fachmann wird erkennen, dass ein alternativer Querschnitt wie z. B. ein Profil eines gotischen Bogens für den ersten, den zweiten und den dritten Kanal 38, 40 und 42 verwendet werden kann, ohne über den beanspruchten Schutzumfang hinauszugehen. Die Längsachsen des ersten, des zweiten und des dritten sich ausdehnenden Kanals 38, 40 und 42 sind vorzugsweise entlang der Winkelhalbierenden des durch die Zentren der allgemein kugelförmigen Kontaktelemente 14, 16 und 18 gebildeten Dreiecks orientiert.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist die Einspannvorrichtung 10 mit der darauf montierten Platte 11 gezeigt. Das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18, die in 1 gezeigt sind, stehen mit einem entsprechenden ersten, zweiten und dritten sich ausdehnenden Kanal 38, 40 und 42 in Eingriff, um dadurch die Platte 11 einzuspannen. Der erste, der zweite und der dritte Klemmarm 26, 28 und 30 stehen mit der Platte 11 in Eingriff, um die Platte 11 in Bezug auf das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 zu erhalten. Der erste, der zweite und der dritte Klemmarm 26, 28 und 30 weisen einen entsprechenden ersten, zweiten und dritten Druckfuß 44, 46 und 48 auf, die darauf montiert und ausgebildet sind, um mit der Platte 11 in Eingriff zu stehen.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ist eine schematische Abbildung eines Abschnitts der Einspannvorrichtung 10 gezeigt, die den Aufbau und den Betrieb des ersten Klemmarmes 26 in größerem Detail veranschaulicht. Wenngleich in 4 nur der erste Klemmarm 26 gezeigt ist, wird ein Fachmann erkennen, dass dieselben Konzepte auf den zweiten und den dritten Klemmarm 28 und 30 angewendet werden können. Der erste Klemmarm 26 ist mit der Platte 11 in Eingriff stehend gezeigt, um den ersten sich ausdehnenden Kanal 38 in Eingriff mit dem ersten allgemein kugelförmigen Kontaktelement 14 zu halten oder zu erhalten, um dadurch die Platte 11 in Position anzuordnen und zu erhalten und jeglichen Kräften entgegenzuwirken, die auf die Platte 11 während der anschließenden Fertigungsschritte wie z. B. Punktschweißen einwirken können. Eine Fläche 50 des ersten Druckfußes 44 ist erfindungsgemäß derart konturiert, dass sie sich der allgemeinen Kontur der Platte 11 an dem Kontaktpunkt annähert. Ein nachgiebiges Element 52 ist zwischen dem ersten Klemmarm 26 und dem ersten Druckfuß 44 vorgesehen, um sicherzustellen, dass der erste Druckfuß 44 mit der Platte 11 vollständig in Eingriff steht. Das nachgiebige Element kann aus einem elastomeren Material wie z. B. Gummi gebildet sein. Es können andere Verfahren verwendet werden, um eine Übereinstimmung zwischen dem ersten Druckfuß 44 und dem ersten Klemmarm 26 vorzusehen, wie z. B. indem eine freie oder schwebende Bewegung zwischen dem ersten Druckfuß 44 und dem ersten Klemmarm 26 zugelassen wird, oder indem ein Federelement zwischen dem ersten Druckfuß 44 und dem ersten Klemmarm 26 vorgesehen wird.
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Die Platte 11 kann auch einen flachen Abschnitt 54 umfassen, der allgemein parallel zu der Grundplatte 12 angeordnet ist, wenn die Platte 11 auf der Einspannvorrichtung 10 angeordnet ist. Ein flaches Kontaktelement 56 ist in Bezug auf die Grundplatte 12 montiert und ist derart ausgebildet, dass sie mit dem flachen Abschnitt 54 der Platte 11 in Eingriff steht, um dadurch ein Mittel zum Unterstützen der Platte 11 vorzusehen. Ein Fachmann wird erkennen, dass je nach Notwendigkeit zusätzliche flache Abschnitte 54 und flache Kontaktelemente 56 verwendet werden können, um die erforderliche Unterstützung für die Platte 11 vorzusehen.
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Das erste allgemein kugelförmige Kontaktelement 14 umfasst einen flachen Abschnitt 58, der dazu dient, einen Zwischenraum vorzusehen, um dadurch zuzulassen, dass das erste allgemein kugelförmige Kontaktelement 14 mit dem ersten sich ausdehnenden Kanal 38 an einem ersten und zweiten Kontaktpunkt 60 bzw. 62 in Eingriff steht. Es sollte einzusehen sein, dass die Funktion des allgemein kugelförmigen Kontaktelements 14 darin besteht, den ersten und den zweiten Kontaktpunkt 60 und 62 bereitzustellen, sodass das Kontaktelement jede beliebige geeignete Gestalt von den Kontaktpunkten 60 und 62 weg besitzen kann, um einen Zwischenraum zwischen der Platte 11 und dem Kontaktelement 14 zuzulassen.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist eine Unterlegeinheit 20A gezeigt. Die Unterlegeinheit 20A kann jeden von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Montageblock 20, 22 und 24 in Anwendungen ersetzen, wo eine räumliche Verstellung des ersten, zweiten und dritten kugelförmigen Kontaktelements 14, 16 und 18 erforderlich ist. Die Unterlegeinheit 20A wird nur beschrieben, sofern sie auf das erste kugelförmige Kontaktelement 14 Anwendung findet, wobei einzusehen ist, dass der/dieselbe allgemeine Aufbau und Funktionalität verwendet werden kann, um das zweite und das dritte kugelförmige Kontaktelement 16 und 18 zu positionieren. Die Unterlegeinheit 20A umfasst ein allgemein L-förmiges Element 64, das translatorisch bewegbar in Bezug auf die Grundplatte 12 montiert und in der Richtung des Pfeils 67 bewegbar ist. Ein Fixierblockelement 66 ist translatorisch bewegbar in Bezug auf das L-förmige Element 64 montiert und in der Richtung des Pfeils 65 bewegbar. Das erste kugelförmige Kontaktelement 14 ist in Bezug auf das Fixierblockelement 66 montiert. Die Unterlegeinheit 20A kann derart orientiert sein, dass die Ebene der Bewegung, die es dem ersten kugelförmigen Kontaktelement 14 verleiht, zu der Längsachse des ersten sich ausdehnenden Kanals 38 quer gerichtet ist. Durch Verwenden der Unterlegeinheit 20A in jeder der Positionen des ersten, des zweiten und des dritten Montageblocks 20, 22 und 24 kann die Lage der Platte 11 in Bezug auf die Grundplatte 12 in sechs Freiheitsgraden verstellt werden, die eine dreidimensionale translatorische Bewegung und Drehung beinhalten.
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In einer alternativen Ausführungsform können der ersten, der zweite und der dritte Montageblock 20, 22 und 24 durch motorisierte Positionierungseinheiten oder Endeffektoren wie z. B. Roboter ersetzt sein, um das erste, das zweite und das dritte kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 automatisch in Position zu unterlegen oder zu bewegen. Unter Bezugnahme auf 6 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist eine Positionierungseinheit 70 gezeigt, welche das erste kugelförmige Kontaktelement 14 und den ersten Klemmarm 26 aufweist, die daran montiert sind. Die Positionierungseinheit 70 ist an der Grundplatte 12 montiert und ist zu einer groben Bewegung und zu einer feinen Bewegung in der Lage. Wenngleich in 6 nur eine Positionierungseinheit 70 gezeigt ist, sollte einzusehen sein, dass zusätzliche Positionierungseinheiten, nicht gezeigt, verwendet werden können, um das zweite und das dritte kugelförmige Kontaktelement 16 und 18 und ihren entsprechenden zweiten und dritten Klemmarm 28 und 30 zu montieren. Die Fähigkeit der Positionierungseinheit 70 zu einer groben Bewegung ist vorteilhaft, um das erste kugelförmige Kontaktelement 14 in Position zu bewegen, um viele verschiedene Platten einzuspannen, die jeweils eine andere Ausgestaltung von sich ausdehnenden Kanälen analog zu dem ersten, dem zweiten und dem dritten sich ausdehnenden Kanal 38, 40 und 42 von 2 aufweisen. Die Fähigkeit der Positionierungseinheit 70 zu einer feinen Bewegung kann verwendet werden, um die Lage solcher Platten in dreidimensionaler Positionierung und Orientierung zu verstellen. Diese Verstellung kann durchgeführt werden, indem entsprechende Befehle über einen Controller 72 an die Positionierungseinheit 70 gesendet werden. Dies umfasst die Möglichkeit, die Lage einer Platte in Echtzeit mithilfe einer automatisierten Messung der Plattenlage zu verstellen, wie z. B. mit einer Vielfalt von messtechnischen Vorrichtungen, die z. B. Digitalkameras, nicht gezeigt, die von lasergeneriertem strukturellem Licht unterstützt werden, oder Stereobildpaarkameras, nicht gezeigt, umfassen.
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Es ist auch ein Verfahren zum Einspannen der Platte 11 vorgesehen, welches die Schritte umfasst, dass: A) der erste, der zweite und der dritte sich ausdehnende Kanal 38, 40 und 42 an der Platte 11 vorgesehen werden; B) die Platte 11 auf der Grundplatte 12 angeordnet wird, die zumindest das erste, das zweite und das dritte allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 aufweist, sodass jeder von dem ersten, dem zweiten und dem dritten sich ausdehnenden Kanal 38, 40 und 42 ein entsprechendes von dem ersten, dem zweiten und dem dritten allgemein kugelförmigen Kontaktelement 14, 16 und 18 aufnimmt, um die Platte 11 anzuordnen und zu unterstützen; und C) die Platte mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Klemmarm 26, 28 und 30 eingeklemmt wird, um einen Eingriff zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten allgemein kugelförmigen Kontaktelement 14, 16 und 18 und dem ersten, dem zweiten und dem dritten sich ausdehnenden Kanal 38, 40 und 42 aufrechtzuerhalten. Die Platte 11 kann durch Pressen oder Stanzen gebildet werden, und der Schritt des Vorsehens des ersten, des zweiten und des dritten sich ausdehnenden Kanals 38, 40 und 42 an der Platte 11 umfasst vorzugsweise, dass der erste, der zweite und der dritte sich ausdehnenden Kanal 38, 40 und 42 an der Platte 11 während des Pressens der Platte 11 einteilig gebildet werden.
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Die Einspannvorrichtung 10 dient dazu, die Platte mit nur sechs Kontaktpunkten, d. h. zwei Kontaktpunkten für jedes von dem ersten, dem zweiten und dem dritten allgemein kugelförmige Kontaktelement 14, 16 und 18 mit einem hohen Grad an Wiederholbarkeit vollständig einzuschränken und dabei eine Teileabweichung zu reduzieren. Ferner wird ein Fachmann erkennen, dass der erste, der zweite und der dritte sich ausdehnende Kanal 38, 40 und 42 derart konturiert sein können, dass sie genauer mit der Kontur des entsprechenden ersten, zweiten und dritten allgemein kugelförmige Kontaktelements 14, 16 und 18 übereinstimmen, um dadurch die auf die Platte 11 wirkenden hertzschen Pressungen zu reduzieren. Außerdem kann auf Grund des Fläche/Fläche-Kontakts zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten allgemein kugelförmigen Kontaktelement 14, 16 und 18 und dem ersten, dem zweiten und dem dritten sich ausdehnenden Kanal 38, 40 bzw. 42 eine Reduktion im Verschleiß der Einspannvorrichtung 10 gegenüber herkömmlichen stiftartigen Fixier-Einspannvorrichtungen erzielt werden, die einen Kante/Fläche-Kontakt an den Stiften aufweisen. Durch Verwenden standardisierter Kontaktelemente zum Anordnen und Unterstützen der Platte 11 wird die Verwendung relativ kostspieliger plattenspezifischer, maschinell bearbeiteter Fixierblöcke zum Anordnen und Unterstützen der Platte 11 umgangen. Während die obige Beschreibung die vorliegende Erfindung beschreibt, wenn sie sich auf Autokarosserieplatten bezieht, kann die Einspannvorrichtung 10 angewendet werden, um andere Arten von Platten einzuspannen, z. B. solche, die verwendet werden, um Geräte herzustellen.