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Die Erfindung betrifft ein Winkelprofilelement aus
Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
als Ausgangselement zum Aufbau von Vorrichtungen zur Aufnahme von
Werkstücken.
Sie betrifft ferner eine unter Verwendung derartiger Winkelprofilelemente
aufgebaute Vorrichtung zur Aufnahme von Werkstücken.
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Insbesondere in der Automobilindustrie,
aber auch in anderen Industriezweigen, müssen vielfach komplex geformte
Werkstücke,
wie bspw. Kotflügel, Motorraumhauben
oder ähnliches,
präzise
im Raum aufgespannt werden, um diese zu vermessen oder zu bearbeiten.
Für diese
Zwecke werden komplex strukturierte Vorrichtungen zum Aufnehmen
(bzw. Aufspannen) der Werkstücke
eingesetzt. Diese Vorrichtungen müssen individuell für das aufzunehmende
Werkstück
errichtet, an dessen Form angepaßt werden. Auf einer solchermaßen einmal
errichteten Vorrichtung werden dann über längere Zeiträume hinweg immer wieder gleich
geformte Werkstücke aufgenommen.
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Aus der
EP 0 222 147 B1 ist ein
Baukastensystem zum Aufbau derartiger Vorrichtungen bekannt. Vorteil
ist hier die nahe zu beliebige Kombinierbarkeit einiger weniger Grundelemente,
die den Aufbau von nahezu allen erdenklichen Raumstrukturen aus
diesen Elementen ermöglicht.
Das vorbekannte System ist darauf ausgerichtet, daß dessen
Einzelelemente wiederverwendet werden können. Nach Ablauf der Nutzungsdauer
der aus den Elementen des Baukastensystems errichteten Vorrichtung
kann die Vorrichtung wieder zerlegt und die einzelnen Elemente können wieder
verwendet werden. Dieses Baukastensystem hat sich auch in der Praxis
hervorragend bewährt.
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Allerdings kann es Fälle geben,
in denen eine Vorrichtung zum Aufnehmen (Aufspannen) von Werkstücken nur
für einen
einzigen Lebenszyklus verwendet werden soll, es nicht erforderlich
ist, die einzelnen Elemente erneut zu verwenden. Für derartige
Fälle ist
das vorbekannte System oft „überqualifiziert",
es ist schlicht zu kostenaufwendig.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe
der Erfindung, ein Bauelement anzugeben, welches kostengünstig herzustellen
ist und zum Aufbau einer Vorrichtung zur Aufnahme von Werkstücken verwendet werden
kann. Dabei kann in Kauf genommen werden, daß das Bauelement im Einsatz
der tatsächlichen
Verwendung angepaßt
noch nachbearbeitet werden muß.
Zugleich soll eine einfache, kostengünstige Vorrichtung zur Aufnahme
von Werkstücken angegeben
werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit
der Erfindung zunächst
vorgeschlagen ein Winkelprofilelement aus Metall, vorzugsweise aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, als Ausgangselement zum
Aufbau von Vorrichtungen zur Aufnahme von Werkstücken mit zwei winkelig zueinander
angeordneten, in einer Längsrichtung
verlaufenden Schenkeln, wobei in wenigstens jeweils einer Oberfläche der
Schenkel in der Längsrichtung
verlaufende, in gleichmäßigen Abständen (Rasterabständen) zueinander
angeordnete Längsnuten
und in dem Raum zwischen je zwei Längsnuten in dem Material der Schenkel
ebenfalls in der Längsrichtung
geführte, parallel
zueinander und zu den Längsnuten
verlaufende Längsbohrungen
vorgesehen sind.
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Der Pfiff des erfindungsgemäßen Winkelprofilelementes
liegt darin, daß es
sowohl in der beschriebenen Form bereits verwendet, als auch als „Halbzeug"
für den
Aufbau der konkreten Vorrichtung weiter bearbeitet werden kann.
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Bereits in seiner Grundform bietet
das Winkelprofilelement eine Vielzahl von Funktionen. So können die
Längsbohrungen
genutzt werden, um in diesen Mutterneile zu verankern bzw. Schrauben durch
sie hindurch zu führen
und somit Verbindungen zwischen einzelnen Winkelprofilelementen
zu schaffen. Auch können
in den Längsbohrungen
Kabel, Druckluft- oder Vakuumleitungen und ähnliches geführt werden.
Die Nuten können
als Führungen
für Rollen
dienen, sie können
aber auch entsprechend gestalteten Halteelementen zum Eingriff dienen.
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Das Winkelprofilelement kann jedoch
auch durch Zuschneiden, Bohren oder andere Bearbeitung in die für die Verwendung
in der Vorrichtung erforderliche Form gebracht werden. Dabei dienen
die im gleich bleibenden Rastermaß zueinander beabstandeten
Längsnuten
als Schnittvorgabelinien. Durch Schneiden, bspw. Wasserstrahl- oder
Laserschneiden, entlang der Längsnuten
erhält
man neue Winkelprofilelemente, die in ihrer Bemaßung noch zu dem Raster des
Ursprungselementes passen. Dadurch, daß die Längsbohrungen in dem Material
der Schenkel zwischen den Längsnuten
geführt
sind, werden diese bei einem solchen Zuschneiden nicht beschädigt.
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Die Längsbohrungen können allerdings
auch bewußt
von einer Oberfläche
her aufgefräst
werden, um T-Nuten zu erhalten, die dann zur Befestigung weiterer
Elemente dienen können.
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Sofern in der zu errichtenden Vorrichtung
bestimmte Winkel zu realisieren sind, können die Winkelprofilelemente
z.B. „schräg" abgeschnitten
werden.
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Auch können zwei oder mehr Winkelprofilelemente
zur Erhöhung
der durch den Winkel ohnehin bereits gegebenen Steifigkeit zu einem „Rohr"
zusammengestellt und entsprechend miteinander verbunden werden.
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Mittels unterschiedlicher, vergleichsweise einfacher
Bearbeitungsschritte kann aus dem ohnehin bereits vielseitig verwendbaren
Winkelprofil ein in der Funktionalität in einem großen Bereich
einstellbares Element geschaffen werden. Derartige Bearbeitungen
können
einfach am Ort der Montage der Vorrichtung erfolgen.
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Die Längsnuten können in Längsrichtung unterbrochen sein,
sind aber vorzugsweise entlang der gesamten Längserstreckung der Schenkel
ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Trennschnitt über die gesamte
Länge der
Schenkel sicher geführt
und die Längsnuten
können über die
gesamte Länge
der Schenkel als Führungs-
oder Haltenuten genutzt werden.
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Sind die Längsnuten unter Bildung von Längsfasen
an ihren Rändern
im wesentlichen V-förmig
ausgebildet, muß nach
einem Trennschnitt in einer Längsnuten
das Winkelprofilelement an der Schnittkante nicht mehr entgratet
bzw. angefast werden. Die Fase besteht bereits als eine der ehemaligen
Seitenwände
der Nut. Dies vereinfacht die bedarfsgerechte Anpassung des Winkelprofilelementes und
spart einen Bearbeitungsschritt und damit Zeit und Kosten.
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Sind auf beiden, einander gegenüberliegenden
Oberflächen
der Schenkel in jeweils gleichen Abständen von den dem Winkel gegenüberliegenden Seitenrändern der
Schenkel Längsnuten
angebracht, wird ein Trennen entlang der Längsnuten noch vereinfacht,
das Winkelprofilelement hinsichtlich des Einsatzes von mit den Längsnuten
zusammenwirkenden weiteren Elementen noch flexibler. Auch entfällt bei
wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Längsnuten nach dem Trennen das
Entgraten bzw. Anfasen der Schnittkante auf beiden Seiten.
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Vorzugsweise ist der Abstand zwischen
zwei benachbarten Längsnuten
gleich der Materialstärke der
Schenkel. Die Materialstärke
der Schenkel entspricht mit anderen Worten dem Rastermaß. Dies gibt
bei der Gestaltung weiterer Bauelemente aus den Winkelprofilelementen
und beim Zusammenfügen
derselben zu einer Aufnahmevorrichtung eine höhere Freiheit.
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Längsbohrungen
mit gleichen Durchmessern erhöhen
die Flexibilität
und Kompatibilität
der Winkelprofilelemente ebenfalls. Gleiches gilt, wenn die Längsbohrungen
gemessen von ihren Mittelpunkten den gleichen Abstand (Rastermaß) aufweisen wie
zwei benachbarte Längsbohrungen.
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Sind die quer zur Längsrichtung
verlaufenden Stirnflächen
der Schenkel als senkrecht zu den Achsen der Längsbohrungen, und damit senkrecht zu
der Längsrichtung,
verlaufende Anschlußflächen ausgebildet,
kann das Winkelprofilelement ohne weiteres exakt senkrecht auf bspw.
eine Grundplatte aufgesetzt und mittels in die Längsbohrung eingreifender Schrauben
oder ähnlicher
Befestigungsmittel befestigt werden.
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Die Flexibilität der Winkelprofilelemente
wird durch einen zwischen den Schenkeln eingeschlossenen rechten
Winkel erhöht.
Ein solcher Winkel erlaubt einen Aufbau einer Vorrichtung entlang
dem kartesischen Koordinatensystem angepaßten Koordinatenrichtungen.
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Ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren, die erfindungsgemäßen Winkelprofilelemente herzustellen,
ist das Strangpressen.
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Eine vorrichtungsseitige Lösung der
Aufgabe besteht in einer unter Verwendung vorstehend beschriebener
Winkelprofilelemente aufgebauten Vorrichtung zur Aufnahme von Werkstücken.
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Nachfolgend wird die Erfindung in
einem anhand der beigefügten
Figuren geschilderten Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Aus
dieser Beschreibung lassen sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung
erkennen. In den Figuren zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Winkelprofilelement
in der Grundform,
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2 ein
aus dem in 1 gezeigten
Winkelprofilelement in der Grundform durch weiteres Bearbeiten erhaltenes
Winkelprofilelement,
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3 einen
aus einem in 1 gezeigten Winkelprofilelement
und einem in 2 gezeigten Winkelprofilelement
sowie einer Kniehebelzwinge zusammengefügten Aufbau,
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4 einen ähnlichen
Aufbau wie in 3,
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5 ein
aus zwei Winkelprofilelementen zusammengesetztes, rohrförmiges Element
und
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6 einen
aus zwei ineinander verschachtelten Winkelprofilelementen gebildeten
Aufbau.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Winkelprofilelement 1 dargestellt.
Dieses Winkelprofilelement 1 ist aus Aluminium bzw. einer
Aluminiumlegierung durch Strangpressen hergestellt und auf eine vorbestimmte
Länge abgelängt. Es
weist zwei Schenkel 2, 3 auf, die sich in einem
rechten Winkel treffen. Die Schenkel 2, 3 haben
in der Längsrichtung des
Winkelprofilelementes 1 eine längere Erstreckung als in der
von dem Winkel nach außen
weisenden Richtung.
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In den Schenkeln 2, 3 sind
auf den beiden einander gegenüberliegenden,
sich jeweils in dem Winkel treffenden Oberflächen in regelmäßigen Abständen Längsnuten 4 angeordnet,
die sich über
die gesamte Längserstreckung
der Schenkel 2, 3 erstrecken. Die Längsnuten 4 sind
V-förmig
ausgebildet und liegen einander auf der Vorder- bzw. Rückseite der
Schenkel 2, 3 exakt gegenüber, d.h. sie haben auf beiden
Seiten jeweils denselben Abstand von der dem Winkel gegenüberliegenden
Außenkante
der Schenkel 2, 3. Die Längsnuten 4 verlaufen
in regelmäßigen Abständen (Rastermaß). Der
Abstand zwischen zwei Längsnuten 4 entspricht
dabei genau der Materialstärke
der Schenkel 2, 3. Die Längsnuten 4 sind in
das Winkelprofilelement 1 bereits beim Strangpreßvorgang
eingearbeitet worden.
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Mittig zwischen jeweils zwei Längsnuten 4 sind
im Innern des Materials der Schenkel 2, 3 durch die
gesamte Länge
der Schenkel 2, 3 Längsbohrungen 5 geführt, die
ebenfalls in Längsrichtung,
also parallel zueinander und zu den Längsnuten 4 verlaufen. Benachbarte
Längsbohrungen 5 haben
gemessen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt den gleichen Abstand (Rastermaß) wie zwei
benachbarte Längsnuten 4. Alle
Längsbohrungen 5 haben
den gleichen Durchmesser, wobei der Durchmesser so gewählt ist,
daß die
Bohrungen nicht in den Bereich der Schenkel 2, 3 zwischen
zwei Längsnuten 4 hineinragen.
Im Bereich des Scheitels des Winkels zwischen den beiden Schenkeln 2, 3 ist
ebenfalls eine Längsbohrung 5 geführt. Die
Längsbohrungen 5 können als
Aufnahme für
Gewindestücke,
als Halt für
gewindeschneidende Schrauben oder auch als Kanäle zum Führen von Kabeln, Leitungen,
Druckluft oder Vakuum dienen. Ausgehend von der im Scheitel des
Winkels angeordneten Längsbohrung 5 erstrecken
sich in jeden der Schenkel 2, 3 vier weitere Längsbohrungen 5. Die
Zahl der Längsbohrungen
in dem Winkelprofilelement 1 ist jedoch unkritisch und
nicht auf diesen Wert begrenzt. Auch können die einzelnen Schenkel 2, 3 unterschiedliche
Anzahlen von Längsbohrungen 5 aufweisen.
Auch die Längsbohrungen 5 werden
bereits beim Herstellungsverfahren durch Strangpressen gebildet.
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Die in Längsrichtung verlaufenden Außenkanten
der Schenkel 2, 3 sind mit Längsfasen 6 versehen,
welche ebenfalls bereits beim Strangpressen gebildet werden.
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Die Stirnflächen der Schenkel 2, 3 sind
als senkrecht zu den Achsen der Längsbohrungen 5, also
auch zu der Längsrichtung,
verlaufende Anschlußflächen 7 ausgebildet.
Diese Anschlußflächen 7 erlauben
eine senkrechte Befestigung des Winkelprofilelementes 1 z.
B. auf einer horizontal ausgerichteten Grundplatte.
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Das Winkelprofilelement 1 kann
in der abgebildeten Form direkt zum Aufbau von Vorrichtungen zur
Aufnahme von Werkstücken
verwendet werden, es kann jedoch auch als Halbzeug zur Gewinnung anders
geformter Elemente durch weiteres Bearbeiten verwendet werden.
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Für
die weitere Bearbeitung des Winkelprofilelementes 1 dienen
die Längsnuten 4 als
Hilfe. Entlang der Längsnuten 4 kann
bspw. mittels Wasserstrahl- oder Laserschneidens ein Schnitt geführt werden.
Die Längsnuten 4 dienen
so als Hilfslinien für
die Schnittführung,
und es ist sichergestellt, daß das nach
dem Schneiden entstandene Winkelprofilelement mit dem ursprünglichen
Winkelprofilelement 1 im Raster zusammenpaßt. Weiter
ist durch die V-Form der Längsnuten 4 gewährleistet,
daß nach dem
Trennen entlang der Längsnuten 4 an
den Schnittstellen die neu entstandenen Längskanten des Schenkels eine
Längsfase 6 aufweisen.
Diese Längsfase 6 ist
die vorherige Wand der V-förmigen Längsnut 4.
Hierdurch kann ein ansonsten fälliges Entgraten
und Anfasen der Schnittkante unterbleiben, was Zeit und Kosten spart.
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In 2 ist
ein solches durch weitere Bearbeitung aus dem Winkelprofilelement 1 aus 1 erhaltenes Winkelprofilelement 10 gezeigt.
Das Winkelprofilelement 10 ist insgesamt gegenüber dem
ursprünglichen
Winkelprofilelement 1 verkürzt, es wurde durch Ablängen von
dem ursprünglichen
Winkelprofilelement 1 gewonnen. Der in der Figur links
dargestellte Schenkel 20 des Winkelprofilelementes 10 ist
durch Schneiden entlang der von außen gesehen ersten Längsnut 4 des
Winkelprofilelementes 1 gebildet. Er ist mithin um die
Einheit eines Rastermaßes gegenüber dem
ursprünglichen
Schenkel 2 verkürzt. Die
neuen Längsfasen 6 an
den Außenkanten
dieses Schenkels sind durch die ehemaligen Wände der V-förmigen Längsnut 4, entlang
derer der Trennschnitt geführt
worden ist, gebildet. Der in der Figur rechts dargestellte Schenkel 30 ist
an seinem in der Figur oben dargestellten Ende mit einem Absatz
versehen worden, der durch Ausschneiden aus dem Schenkel 3 des
ursprünglichen
Winkelprofilelementes 1 gebildet worden ist. Die Tiefe
des Absatzes entspricht genau der Materialstärke der Schenkel 2, 3 bzw. 20, 30 und
damit auch dem Rastermaß.
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In 3 ist
dargestellt, wie das in 2 gezeigte
Winkelprofilelement 10 als Abschluß an der Stirnseite eines Winkelprofilelementes 1 dient.
Das Winkelprofilelement 10 ist mit seinem Schenkel 20 auf
die Anschlußfläche 7 des
Winkelprofilelementes 1 aufgelegt und stützt sich
mit seinem Schenkel 30 an dem in der 3 links dargestellten Schenkel des Winkelprofilelementes 1 innen
ab. Durch den Absatz in dem Schenkel 30 des Winkelprofilelementes 10 kann
dieses auf der Anschlußfläche 7 des
in 3 links dargestellten
Schenkels des Winkelprofilelementes 1 aufliegen. Mit Schrauben 8a, 8b und 9 ist das
Winkelprofilelement 10 entlang aller drei Raumrichtungen
mit dem Winkelprofilelement 1 verbunden. Die Schraube 8a ist
durch eine in das Winkelprofilelement 1 zu diesem Zweck
eingebrachte Bohrung in eine der Längsbohrungen 5 in
dem Schenkel 30 des Winkelprofilelementes 10 geführt und
dort festgelegt. Die Schraube 8b ist durch eine zu diesem Zweck
in das Winkelprofilelement 1 eingebrachte Bohrung und durch
eine ebenfalls zu diesem Zweck senkrecht zur dessen Längsrichtung
in den Schenkel 30 des Winkelprofilelementes 10 eingebrachte
Bohrung geführt
und bspw. mit einer Mutter gesichert. Die Schraube 9 schließlich ist
durch eine eigens für
diesen Zweck in den Schenkel 20 des Winkelprofilelementes 10 geführte Bohrung
in eine der Längsbohrungen 5 in
dem in 3 links dargestellten
Schenkel des Winkelprofilelementes 1 geführt und
dort gesichert. Zur exakten Einstellung der Raumlage können zwischen
die Winkelprofilelemente 1 und 10 an den Verbindungsstellen
noch Distanzscheiben unterschiedlicher Stärke zwischengelegt werden.
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Die Verschraubung des Winkelprofilelementes 10 an
dem Winkelprofilelement 1 entlang der drei unabhängigen Raumrichtungen
(Koordinaten) verschafft dieser Verbindung einen besonders festen Halt.
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Auf das Winkelprofilelement 10 ist
mit einer Kniehebelzwinge 40 ein Beispiel für ein Anbauelement
aufgesetzt. Es können selbstverständlich neben
der gezeigten Kniehebelzwinge 40 beliebige andere Anbauelemente
Verwendung finden.
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In 4 ist
ein der 3 ähnlicher
Aufbau aus einem Winkelprofilelement 11 und einem an dieses
stirnseitig als Abschluß angesetzten
Winkelprofilelement 10 gezeigt. Dieser Aufbau unterscheidet sich
von dem in 3 gezeigten
darin, daß das
Winkelprofilelement 11 nicht ein in 1 gezeigtes „Grundelement" ist, sondern
ein aus dem dort gezeigten Winkelprofilelement 1 durch
schräges
Abschneiden einer Stirnseite gewonnenes Winkelprofilelement 11.
Die Anschlußflächen 70 verlaufen
in diesem Abschnitt des Winkelprofilelementes 11 mit anderen
Worten nicht mehr senkrecht zur Längsrichtung, sondern um einen
Winkel geneigt. Entsprechend ist auch das Winkelprofilelement 10 im
Raum geneigt, es können
auf diese Weise andere als rechte Winkel in der aufzubauenden Vorrichtung
realisiert werden.
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In 5 ist
ein weiteres Beispiel für
eine Kombination aus einem Winkelprofilelement 1 (Grundelement)
und einem aus diesem durch weitere Bearbeitung gewonnenen Winkelprofilelement 12 gezeigt.
Das Winkelprofilelement 12 ist aus dem Winkelprofilelement 1 durch
wie oben beschriebenes Abtrennen (Abschneiden) des jeweils letzten
Abschnittes der Schenkel 2, 3 (entlang der jeweils äußersten Längsnut 4)
geformt. Zusammen können
die Winkelprofilelemente 1 und 12 wie dargestellt
zu einem röhrförmigen Element
verbunden werden, um, dort wo es in der zu errichten Vorrichtung
erforderlich ist, einen höheren
Halt bzw. eine bessere Stabilität
zu erhalten. Beide Winkelprofilelemente 1, 12 werden dazu
mit hier nicht gezeigten Schrauben oder anderen Verbindungsmitteln
verbunden, sie können
auch verschweißt
werden. Selbstverständlich
kann dasselbe rohrförmige
Element auch aus zwei durch Abtrennen des letzten Abschnittes an
jeweils nur einem Schenkel 2 bzw. 3 an dem Winkelprofilelement 1 gewonnenen
Winkelprofilelementen zusammengesetzt werden.
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In 6 ist
schließlich
ein weiterer möglicher Aufbau
aus einem Winkelprofilelement 1 und einem Winkelprofilelement
12,
die wie in 5 dargestellt geformt
sind, gezeigt. Hier sind die beiden Winkelprofilelemente ineinander
verschachtelt angeordnet, und das Winkelprofilelement 12 ist
gegenüber
dem Winkelprofilelement 1 angehoben. Auch hier sind die
erforderlichen Verbindungen, bspw. mittels Schrauben, nicht dargestellt.
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Aus der Beschreibung wird deutlich,
daß basierend
auf den erfindungsgemäßen Winkelprofilelementen
durch einfache Bearbeitung der Grundelemente eine Vielzahl von funktionalen
Elementen geschaffen werden kann, die sich auf mannigfaltige Weise
zu einer Vorrichtung zur Aufnahme von Werkstücken zusammenfügen lassen.
Aus dem Grundelement, einem wie beschrieben aufgebauten Winkelprofilelement,
können
nicht nur weitere Winkelprofilelemente gewonnen werden, sondern
es können
auch Platten abgetrennt werden, die ebenfalls beim Aufbau der Vorrichtung
genutzt werden können.
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Bezugszeichenliste
- 1
- Winkelprofilelement
- 2
- Schenkel
- 3
- Schenkel
- 4
- Längsnut
- 5
- Längsbohrung
- 6
- Längsfase
- 7
- Anschlußfläche
- 8a,
8b
- Schraube
- 9
- Schraube
- 10
- Winkelprofilelement
- 11
- Winkelprofilelement
- 12
- Winkelprofilelement
- 20
- Schenkel
- 30
- Schenkel
- 40
- Kniehebelzwinge
- 70
- Anschlußfläche