DE20119650U1

DE20119650U1 - Spanneinrichtung

Info

Publication number: DE20119650U1
Application number: DE20119650U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2011-12-05

Description

BESCHREIBUNG

Spanneinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für Werkstücke, insbesondere für Fahrzeugrohkarosserien und deren Teile, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Beim Schweißen und bei anderen Bearbeitungsvorgängen, bei denen Wärme eingebracht wird, kann es zu Wärmedehnungen des Werkstücks und seiner Teile kommen. Bei Werkstückmaterialien mit hohen Wärmedehnungskoeffizienten, z.B. Leichtmetallen, insbesondere Aluminiumlegierungen, sind die Dehnungen besonders groß. Dies ist auch bei. Fahrzeugrohkarosserien und deren Teilen der Fall, bei denen Leichtmetalle in immer stärkerem Maße eingesetzt werden. Die Wärmedehnungen können zu Problemen mit der *** Spanneinrichtung führen, was insbesondere bei verzweigten·,,·,' Werkstücken, wie Leiterrahmen von Fahrzeugrohkarosserien, zu Problemen führt. !*

Aus der DE-A 198 19 757 ist es bekannt, zu diesem Zweck zwei miteinander durch thermisches Fügen zu verbindende ·,. Bauteile eines Fahrzeug-Leiterrahmens auf zwei getrennten ··, Bauteilaufnahmen zu spannen, wobei eine der Bauteilaufnahmen relativ zur anderen über eine Führung beweglich ist und gegen die Kraft einer Druckfeder ausweichen kann. Diese Anordnung bringt einen erhöhten Bauaufwand mit sich, weil die komplette Bauteilaufnahme oder Spanneinrichtung mitsamt des Werkstücks bewegen muss. Dabei ist es erforderlich, die Führung entsprechend leichtgängig zu machen und dabei auch gegen die im Karosseriebau besonders kritischen Umwelteinflüsse zu schützen.

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Die DE-A 197 08 378 befasst sich mit einem Silikonöl-Federelement zur Aufnahme der wärmebedingten Längenausdehnung bei Arbeiten an Drehbänken, wobei der Federzylinder im Reitstock oder im Futter der Drehbank eingespannt wird.

Aus der DE-A 39 34 016 ist eine schweißtechnische Halte- und Justiervorrichtung im Bereich der Zahntechnik bekannt. Zur Aufnahme von Wärmedehnungen sind die Werkstücke auf Trägerschlitten federnd ausweichfähig befestigt.

Die DE-A 38 16 691 zeigt einen Kniehebelspanner, der an seiner Spannpratze ein federndes Druckelement aufweist und dieses bei Schließen des Kniehebels gegen das einzuspannende Werkstück drückt. Hierdurch soll der normalerweise unflexible Kniehebelspanner eine federnde Spannkraft aufnehmen können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spanneinrichtung aufzuzeigen, mit der Wärmedehnungen aufgefangen werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im J Hauptanspruch.

Durch die Anordnung von ein oder mehreren elastischen ' Ausgleichselementen an einem einzelnen Spanner oder mehreren Spannern mit spielbehafteter Führung des Werkstücks ist es möglich, die Wärmedehnungen lokal und mit geringem Bauaufwand aufzunehmen. Die Zahl der bewegten Teile und ihr Gewicht werden wesentlich verringert. Außerdem ist die Betriebs- und Ausfallsicherheit der elastischen Ausgleichselemente sehr hoch.

Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung ermöglicht es ferner, Wärmedehnungen ortsspezifisch an unterschiedlichen Stellen eines komplexeren Werkstücks, z.B. eines Leiterrahmens aufzunehmen und dadurch auch einem

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		den Unteransprüchen
20	Ausgestaltungen der

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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 bis 3:

10

15

Figur 4:

Figur 5:

Figur 6:

eine schematische Seitendarstellung eines Spanners mit einer Bauteilaufnahme und ein oder mehreren elastischen Ausgleichselementen,

eine Draufsicht auf einen Leiterrahmen einer Fahrzeugrohkarosserie,

eine perspektivische Darstellung eines Spanners,

eine Draufsicht auf eine Spanneinrichtung mit einem Leiterrahmen und mit mehreren Spannern mit elastischen Ausgleichselementen und

Figur 7 und 8: zwei weitere Bauvarianten eines Spanners

mit Ausgleichselement.

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung (1), die aus ein oder mehreren Spannern (4) besteht und die zum Spannen von ein oder mehreren Werkstücken (2) und ggf.. auch einzelnen Werkstückteilen (3) dient. Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Werkstück (2) handelt es sich z.B. um einen Leiterrahmen einer Fahrzeugrohkarosserie, dessen Rahmenteile (3) aus mehreren Längsstreben (13) und mehreren verbindenden Querstreben (14) bestehen. Der Leiterrahmen (2) und zumindest ein Teil der Streben (13,14) sind vorzugsweise aus Leichtmetall, z.B. einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Spanneinrichtung (1) dient zur geführten Aufnahme der beim Schweißen oder anderen Bearbeitungsvorgängen mit Wärmeeintrag entstehenden Wärmedehnungen im Werkstück (2) und den

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- 4 Werkstückteilen
(3).

Wie Figur 6 verdeutlicht, ist eine Spanneinrichtung (1) für einen Leiterrahmen (2) komplex aufgebaut und besteht aus mehreren Spannern (4), welche die Längs- und Querstreben (13,14) spannen. Die Spanner (4) sind z.T. als normale Spanner ausgeführt und z.T. als dehnungsaufnehmende Spanner (4) mit hierfür vorgesehenen elastischen Ausgleichselementen (11). Wie Figur 4 verdeutlicht, kann es z.B. durch Wärmedehnungen der Querstreben (14) zu Verformungen des gesamten Leiterrahmens (2) und beispielsweise zu einem Aufspreizen der Längsstreben (13) kommen, wie dies in Figur 4 gestrichelt dargestellt ist. Außerdem können sich auch in den Längsstreben (13) Wärmedehnungen ergeben. Die Wärmedehnungen sind meist längs der Bauteile gerichtet, wie das die Pfeile in Figur 4 angeben.

In Figur 1 bis 3 sowie 7 und 8 sind Spanner (4) mit elastischen Ausgleichselementen (11) in verschiedenen Ausführungen dargestellt.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sich das Ausgleichselement (11) im Spannbereich und direkt am Spanner (4) oder seitlich versetzt neben dem Spanner (4) befindet. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 und 2 ist ein einzelnes elastisches Ausgleichselement (11) vorhanden, während in der Variante von Figur 3 zwei elastische Spannelemente (11) im Winkel zueinander angeordnet sind.

Der Spanner (4) besteht aus einem Gehäuse (5), an dem über ein Lager (7) mindestens ein Spannelement (6), z.B. ein gerader Spannarm wie in Figur 1 oder ein abgewinkelter Spannhebel wie in Figur 2 und 3 schwenkbar angeordnet ist. Das Werkstück (2) oder Werkstückteil (3), z.B. eine der Längs- oder Querstreben (13,14) ruht in einer Aufnahme (9) und ist dort an vier umlaufenden Seiten geführt. Die

Aufnahme (9) besteht z.B. aus einer Bodenführung (16) und einer Seitenführung (17). Letztere kann auch ein vom Spannarm (6) abstehender Ansatz (18) sein.

Das Werkstück (2) oder Werkstückteil (3) ist in der gezeigten Ausführungsform seitlich und oben mit leichtem Spiel gespannt, so dass Bewegungen entlang der Bauteillängsachse möglich sind. Das hierbei bestehende Spiel bzw. der jeweilige Spalt (12) ist in den Zeichnungen übergroß dargestellt. Er liegt in der Praxis im Bereich von ein oder wenigen Zehntel Millimeter.

In der Variante von Figur 1 ist das elastische Ausgleichselement (11) stationär angeordnet und wirkt seitlich auf das Werkstück (2,3) ein. In dieser Variante ist es z.B. am Gehäuse (5) befestigt. An der Oberseite des Ausgleichselements (11) oder am Gehäuse (5) ist auch ein Anschlag (8) für das Spannelement (6) vorhanden. Die Aufnahme (9) besteht aus der Bodenführung (16) und der stationären Seitenführung (17). In dieser Variante besteht auch zwischen dem Ausgleichselement (11) und der benachbarten Seitenwand des Werkstücks (2,3) ein Spalt (12) .

In der Variante von Figur 2 ist das elastische Ausgleichselement (11) an gleicher Stelle wie in Figur 1 angeordnet, wobei jedoch kein Spalt zum Werkstück (2,3) vorhanden ist. Vielmehr wird das Werkstück (2,3) beim Einlegen in die Aufnahme (9) mit seiner Seitenwand in Kontakt mit dem elastischen Ausgleichselement (11) gebracht, wobei dieses ggf. auch beim Einlegen oder beim Schließen des Spanners (4) etwas zurückgedrängt und gespannt wird. In der Variante von Figur 2 wird das Gegenlager für das Ausgleichselement (11) durch den Ansatz

(18) am Spannelement (6) gebildet.

In der Ausführungsform von Figur 3 sind zwei elastische Ausgleichselemente (11) vorhanden, welche beide instationär angeordnet und zum einen am Spannelement (6) und zum anderen an dessen Ansatz (18) angeordnet sind. Das eine Gegenlager wird durch die Bodenführung (16) und das andere Gegenlager durch die stationäre Seitenführung (17) gebildet. Alternativ kann bei dieser Ausführungsform das obere elastische Ausgleichselement (11) weggelassen werden, so dass nur das seitliche elastische Ausgleichselement (11) am abgewinkelten Ansatz (18) des Spannelementes (6) vorhanden ist.

Figur 5 zeigt einen Spanner (4) in perspektivischer Ansicht, wobei das Spannelement (6) sowohl in der zurückgeklappten Ruhestellung wie auch in der eingeschwenkten Spannstellung dargestellt ist.

Bei dieser Variante ist das Spannelement (6) in anderer Weise als in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen abgewinkelt. Der Ansatz (18) befindet sich an der zum Gestell (5) weisenden Innenseite. Hierbei ist außerdem das elastische Ausgleichselement (11) an diesem innenliegenden Ansatz (18) angeordnet und schwenkt mit diesem hin und her. In der ausgeschwenkten Stellung sind die betreffenden Teile der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Gegenhalter (10) ist dem Ausgleichselement (11) in der Betriebsstellung gegenüberliegend stationär angeordnet und kann aus der Seitenführung (17) bestehen. Alternativ kann es sich hierbei auch um einen Voreinweiser (15) handeln.

Hierbei kann in Axialrichtung des Bauteils (2,3) (nicht dargestellt) ein Versatz bestehen. Außerdem verdeutlicht Figur 5, dass dem Gegenhalter (10) ein weiterer Voreinweiser (15) gegenüberliegt, der das Einlegen des Werkstücks (2) oder Werkstückteils (3) erleichtert. Die Bodenführung (16) ist hier axial versetzt angeordnet.

Das elastische Ausgleichselement (11) kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Es besteht z.B. aus einem Gummipuffer oder einem anderen federnden Massivbauteil. Alternativ kann es auch als einstellbarer Federanschlag ausgebildet sein, der z.B. als Gasdruckfeder, Schraubendruckfeder, Blattfeder oder Tellerfederpaket gestaltet ist. Das Ausgleichselement (11) kann hierbei vorgespannt sein.

Beim Auftreten von Wärmedehnungen kann es zu einem seitlichen Verschieben von Werkstückteilen (3), insbesondere Längs- und Querstreben (13,14) an der Spannstelle kommen. Diese Verschiebungen werden durch das elastische Ausgleichselement (11) aufgenommen, wobei dieses komprimiert wird. In der Abkühlphase und mit einhergehenden Schrumpfungen bewegt sich das Werkstückteil (3) wieder zurück, wobei sich das elastische Ausgleichselement (11) in einer Folgebewegung entspannt. Der Spanner (4) und die Aufnahme (9) bleiben dabei an der gleichen Stelle. In den Varianten von Figur 1 und 2 werden nur seitliche Verschiebungen durch Wärmedehnung aufgenommen. In der Ausführungsform von Figur 3 erfolgt eine zusätzliche Aufnahme auch in der Vertikalen.

Wie Figur 6 verdeutlicht, sind die Spanner (4) mit elastischem Ausgleichselement (11) vor allem an den Außenseiten des Leiterrahmens (2) angeordnet und greifen an den beiden Längsstreben (13) und den beiden jeweils außen liegenden Querstreben (14) an. An den innen liegenden Querstreben (14) sind in der gezeigten Ausführungsform normale Spanner (4) vorhanden, die kein Ausgleichselement (11) besitzen und die ggf. ein etwas vergrößertes seitliches Spiel haben. Die gespannte Querstrebe (14) kann sich hierbei entsprechend der Wärmedehnungen der Längsstreben (13) im Spanner (4) seitlich vor- und zurückbewegen. Diese Bewegungsmöglichkeit ist in Figur 6 durch Pfeile

angedeutet. An den Längsstreben (13) können ebenfalls normale Spanner (4) angeordnet sein, welche kein oder nur wenig seitliches Spiel aufweisen. Derartige spielarme Spanner können alternativ auch an den Querstreben (14) eingesetzt werden. Durch die an der Außenkontur des Leiterrahmens (2) angreifenden Spanner (4) mit elastischem Ausgleichselement (11) werden die Wärmedehnungen kontrolliert und geführt aufgenommen, wobei durch jeweils einander gegenüberliegende Ausgleichselemente (11) an allen vier Seiten der Leiterrahmen (2) zentrisch gehalten und gespannt wird. Die Längs- und Querstreben (13,14) können ihrerseits noch über ineinander greifende evtl. längliche Bohrungen und Pins oder dgl. positioniert sein. Dies ist in Figur 6 durch die elliptischen Punkte angedeutet.

In Abwandlung zur gezeigten Ausführungsform von Figur 6 können die Spanner (4) mit den elastischen Ausgleichselementen (11) nur jeweils an einer Seite des Leiterrahmens (2) angeordnet sein, wobei die jeweils gegenüberliegende Seite lediglich normale Spanner (4) mit seitlichem Spiel zur Aufnahme der Wärmedehnung aufweist.

Dies entspricht einer Fest-/Loslager-Anordnung. Hierbei ist es auch möglich, zusätzliche Spanner (4) mit elastischen Ausgleichselementen (11) an den Querstreben

(14) im Innenbereich des Leiterrahmens (29 anzubringen.

Dies ist vor allem bei größeren Längsdehnungen der Längsstreben (13) sinnvoll.

Figur 7 und 8 zeigen zwei stärker detaillierte und z.T.

abgewandelte konstruktive Gestaltungen eines Spanners (4) mit einem elastischen Ausgleichselement (11). Bei letzterem handelt es sich in beiden Fällen z.B. um eine Gasdruckfeder mit konischem oder verrundetem Kopf.

Alternativ kann das elastische Ausgleichselement (11) als gefedertes und evtl. vorgespanntes Druckstück ausgebildet sein. In der Variante von Figur 7 ist es stationär im

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Gestell (5) des Spanners (4) angeordnet und hat als Gegenhalter (10) den abgewinkelten Ansatz (18) des Spannarms (6). Diese Ausführungsform entspricht der Prinzipskizze von Figur 2.

In der Variante von Figur 8 ist der Spannarm (6) in anderer Weise abgewinkelt, wobei seine Gestaltung der Ausführung in Figur 5 entspricht. Der abgewinkelte und nach unten weisende Ansatz (18) befindet sich hier auf der Gestellseite. Bei dieser Variante ist das elastische Ausgleichselement (11) am Ansatz (18) befestigt und wird mit diesem zwischen der zurückgeschwenkten Ruhestellung und der eingeschwenkten Betriebsstellung hin- und herbewegt. Als Gegenhalter (10) fungiert hier eine Seitenführung (17) oder ein Voreinweiser (15). In Figur und 8 sind hierbei auch die Voreinweiser (15) beidseits der Aufnahme (9) angeordnet.

Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann die konstruktive Gestaltung der Spanner (4) variieren. Andererseits ist auch die Anordnung und Ausgestaltung der elastischen Ausgleichselemente (11) am Spanner (4) veränderbar. Sie können z.B. seitlich versetzt neben dem Spanner (4) und damit noch im Bereich der Spannstelle angeordnet sein. Hierzu sind sie z.B. an seitlichen Auslegern positioniert. Wenn mehrere elastische Ausgleichselemente (11) im gleichen Spannbereich eingesetzt werden, können sie auch nebeneinander und ggf.

mit seitlichem Abstand angeordnet sein und in gleicher Richtung auf das Werkstück (2) oder Werkstückteil (3) einwirken. Statt des in den Zeichnungen dargestellten Leiterrahmens aus Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung, kann das Werkstück (2) auch in beliebig anderer Weise ausgebildet sein. Es kann dabei auch eine andere als die bevorzugte Rahmenform haben.

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		2	- 10 -
		3	BEZUGSZEICHENLISTE
		4	Spanneinrichtung
*		5	Werkstück, Leiterrahmen
10	6	Werkstückteil, Rahmenteil
	7	Spanner
	8	Gestell, Gehäuse
	9	Spannelement, Spannarm
	10	Lager
15	11	Anschlag
	12	Aufnahme
	13	Gegenhalter
	14	Ausgleichselement
	15	Spalt
20	16	Längsstrebe
25	17	Querstrebe
30	18	Voreinweiser
35		Auflager
		Seitenwand
		Ansatz

Claims

1. Spanneinrichtung für Werkstücke (2, 3), insbesondere Fahrzeugrohkarosserien und deren Teile, bestehend aus ein oder mehreren Spannern (4) mit beweglichen Spannelementen (6), wobei die Spanneinrichtung (1) eine Beweglichkeit zur Aufnahme von Wärmedehnungen des Werkstücks (2, 3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Spanner (4) eine Aufnahme (9) für das Werkstück (2) oder Werkstückteil (3) angeordnet ist, wobei das Werkstück (2) oder Werkstückteil (3) mit Spiel in der Aufnahme (9) geführt und mit Spiel spannbar ist und der Spanner (4) im Spannbereich mindestens ein auf das Werkstück (2, 3) einwirkendes elastisches Ausgleichselement (11) aufweist.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) als einstellbarer Federanschlag ausgebildet ist.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) stationär am Gehäuse oder Gestell (5) des Spanners (4) oder an der Aufnahme (9) für das Werkstück (2, 3) angeordnet ist.

4. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) instationär am Spannelement (6) des Spanners (4) angeordnet ist.