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Beschreibung
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zum Patentgesuch ~Anwendung einer Positioniereinrichtung" Die Erfindung
betrifft eine @ wendung der Positionierein-Q#« Pf richtung nach dem Hauptpatent537
37 146 Im Hauptpatent ist er läutert, daß man durch besondere Gestaltung von Positionierausnehmungen
und Positionierelementen zwei Bauteile in einer Fügefläche miteinander verbinden
kann, derart, daß die relative Lage beider sehr genau definiert ist, wobei diese
Positioniergenauigkeit auch dann erhalten bleibt, wenn die Bauteile mehrmals voneinander
gelöst und dann wieder in gleicher Position miteinander verbunden werden. Diese
vorteilhaften Eigenschaften beruhen zum einen auf der sich von der Fügefläche ausgehend
verjüngenden Gestalt der Positionierausnehmungen und auf der sich ebenfalls verjüngenden
Gestalt der Positionierelemente, die sich dadurch innerhalb der Positionierausnehmungen
selbst zentrieren, zum anderen auf der Tatsache, daß beim Zusammenspannen der Bauteile
die in dem begrenzten Kontaktbereich zwischen Ausnehmung und Element gelegenen Materialpartien
von Positionierausnehmungen und -Positionierelementen gezielt deformiert werden.
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Die vorliegende Erfindung macht sich die vorteilhaften Eigenschaften
dieser Positioniereinrichtung zunutze, um die Fertigung - im weitesten Sinne des
Wortes - von Werkstücken vor allem in der Einzel- und Kleinserienfertigung zu rationalisieren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Aufspannkörper vorgesehen,
der an einer Aufnahmefläche mit solchen Positionierausnehmungen versehen ist. Es
versteht sich, daß das aufzuspannende Werkstück seinerseits ebenfalls mit entsprechenden
Positionierausnehmungen versehen ist, womit unter Verwendung von zugehörigen Positionierelementen
eine Positionierung des Werkstückes auf der Aufnahmefläche vorgenommen werden kann.
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Die Fertigungs- oder Kontrollmaße des Werkstücks sind dann von der
Konstruktion her auf die Mittellinien dieser Positionierausnehmungen des Werkstücks
bezogen. Will man nun unter Benutzung eines solchen Aufspannkörpers etwa eine spanende
Bearbeitung, eine Messung oder dergleichen am Werkstück vornehmen, so ergibt sich
die Schwierigkeit, daß die Bezugslinien, nämlich die Mittellinien der Positionierausnehmungen,
meßtechnisch nicht mehr erfaßbar sind, da sie ja von der Fügefläche aus eingebracht
und daher nach dem Fügen nicht mehr zugänglich sind.
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Aus diesem Grunde weist gemäß der Erfindung der Aufspannkörper seinerseits
Bezugsmerkmale auf, von denen aus mindestens ein Koordinatenmaß mindestens einer
Positionierausnehmung meßtechnisch erfaßbar ist. Das heißt, die Lage dieses oder
dieser Bezugsmerkmalesoder - merkmale bezüglich der Positionierausnehmungen wird
bei der Fertigung des Aufspannkörpers vorgegeben und ist mithin bekannt.
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Als solche Bezugsmerkmale kommen Flächen, Bohrungen, Fadenkreuze
oder auch zusätzliche Positionierausnehmungen, die nach der Verbindung des Aufspannkörpers
mit dem Werkstück zugänglich bleiben, infrage. Es kann auch zweckmäßig sein, mehrere
solcher Bezugsmerkmale an dem Aufspannkörper zugleich vorzusehen.
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Es ist sinnvoll, daß der Aufspannkörper seinerseits etwa auf einem
Maschinentisch nach der Lehre des Hauptpatents positionierbar ist. Auf diese Weise
kann man ein System von Aufspannmitteln schaffen, das es ermöglicht, bei der Fertigung
von Einzelstücken und Kleinserien die Aufspann- und sonstigen Rüstzeiten erheblich
zu verkürzen, da eine Vielzahl von Meß und Ausrichtarbeitsgängen entfallen kann.
Gleichwohl wird eine Fertigung mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
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Die Vorteile des #Gegenstandes der Erfindung lassen sich einleuchtend
anhand eines Vergleichs mit bisher üblichen positionierenden Aufspannhilfsmitteln
erläutern.
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Es handelt sich dabei um diejenige Positioniereinrichtung, bei der
die Positionierausnehmung eine zylindrische Bohrung und das Positionierelement ein
zylindrischer Stift oder Bolzen ist. Zum Vergleich kann nur diejenige Ausführungsart
herangezogen werden, bei welcher alle Positionierausnehmungen der zu positionierenden
Werkstücke bereits vor dem Zusammenfügen der Werkstücke fertiggestellt sind, so
daß sich mit ihrer Hilfe beim Zusammenfügen unmittelbar eine vorherbestimmbare Relativlage
der Werkstücke ergibt.
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Da bei Verwendung der Positioniereinrichtung nachdem Hauptpatent
die Relativlage beider Werkstücke durch spielfreien Formschluß des Positionierelementes
in den Positionierausnehmungen beider Werkstücke erreicht wird, was zu der bereits
erwähnten
sehr hohen Positioniergenauigkeit führt, kann bei der bekannten Positioniereinrichtung
zum Vergleich nur diejenige Ausführungsart herangezogen werden, bei welcher zwischen
zylindrischem Bolzen und zylindrischer Bohrung spielfreier Formschluß vorhanden
ist.
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In diesem Fall handelt es sich unter Berücksichtigung des Auftretens
stets vorhandener Toleranzen in beiden Werkstücken zwischen zylindrischem Bolzen
und zylindrischen Bohrungen um Preßpassungen Bisher übliche Herstelimethoden für
Werkstücke mit vorgefertigten zylindrischen Bohrungen, die zum Positionieren dienen
und dabei mit den als Zylinder ausgebildeten Positionierelementen eine Preßpassung
bilden, sollen anhand des Beispieles nach Figuren 1 und 2 beschrieben werden: Entgegen
der zeichneri-7 schen Darstellung wird angenommen, daß es sich bei den Boheungen
um zylindrische Positionierbohrungen handeln möge, die zur Ausrichtung des Werkstücks
in eine vorbestimmbare Relativlage mit einem zweiten (nicht dargestellten) Werkstück
bestimmt sind.
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Der Nullpunkt des rechtwinkligen Bezugs-Koordinatensystems X1, Y1,
Zl ist definiert durch den Punkt, an dem die Mittellinie der Positionierbohrung
die Ebene der Werkstückfläche durchstößt.
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Die Lage des Bezugs-Koorsdinatensystems, dessen Koordinatenachsen
X1 und Y1 in der Ebene der Werkstückfläche liegen, ist relativ zum Werkstück eindeutig
festgelegt durch die Koordinaten der zweiten Positionierbohrung. Sämtliche Werkstückmaße
sollen auf dieses Bezugs-Koordinatensystem bezogen sein.
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Die Fertiguntsaufgabe bestehe u.a. darin, die zylindrischen Bohrungen
bezüglich der räumlichen Lage ihrer Mittellinien mit hoher Genauigkeit in Bezug
auf das Bezugs-Koordinatensystem herzustellen. Für die Lage der Flächen bzw. für
die Lage der durch sie gebildeten Kanten sollen grobe Toleranzen zugelassen sein,
ttden beiden kegeligen Bohrungen)
da sie keine Rolle bei der Gebrauchs
funktion des Werkstückes spielen sollen. Für die Fläche als Aufspannfläche und Bezugsfläche
ist eine dementsprechend gute Oberflächenbeschaffenheit und Flächen-Ebenheit vorgeschrieben.
Für den Fall-der Einzelfertigung des Werkstückes empfiehlt sich keine spezielle
Fertigungsvorrichtung. . Hier wird man die Herstellung der Koordinatenmaße für die
Bohrungen relativ zum Koordinaten-Nullpunkt des Bezugs-Koordinatensystems über den
Umweg von Hilfsflächen vornehmen müssen. Dazu müssen diese Flächen eigens mit engen
Toleranzen vorher gefertigt werden Für die Arbeitsfolge lassen sich keine besonderen
Regeln aufstellen; sie ist, ebenso wie die Vorgehensweise bei den einzelnen Arbeitsschritten,
dem Fachmann bekannt.
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Die besonderen Nachteile dieses Vorgehens sind: 1) Man muß zwei Hilfsflächen
mit hoher Genauigkeit als Bezugsflächen fertigen, obwohl diese Genauigkeit für die
Gebrauchsfunktion nicht benötigt wird.
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2) Man muß bei jeder neuen Aufspannung des Werkstückes dasselbe mit
den Bezugs flächen parallel zu den Achsen der Werkzeugmaschine ausrichten.
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3) Man muß bei jeder neuen Aufspannung des Werkstückes das Meßsystem
der Werkzeugmaschine relativ zu den Bezugs flächen neu ausrichten.
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4) Es resultieren zusätzliche Ungenauigkeiten daraus, daß die Hilfsflächen
ihrerseits wieder mit Toleranzen behaftet sind, z.B., daß sie zu den anderen Flächen
nicht im rechten Winkel stehen.
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5) Es resultieren zusätzliche Ungenauigkeiten aus der unnötigen Meßkette,
die aufgrund des Umweges über die Hilfsflächen gebildet werden muß.
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Für den Fall einer Serienfertigung des Werkstücks kommen für den
Arbeitsgang der Fertigung der Bohrungen Hilfsmittel in Form von Vorrichtungen infrage.
In der Vorrichtung selbst muß das Werkstück bezüglich seiner Relativlage zur Vorrichtung
durch Formschluß festgelegt werden.
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Dazu müssen die entsprechenden Anlageflächen des Werkstückes vorher
bearbeitet worden sein. Als Anlageflächen kommen hier (wie auch im Falle der Einzelfertigung)
sowohl die ebenen Mantelflächen des Werkstückes, als auch die Zylinderflächen der
Positionierbohrungen infrage. Für den Fall, daß das Werkstück innerhalb der Vorrichtung
durch die Zylinderflächen der vorher bearbeiteten Positionierbohrungen orientiert
werden soll, kommen als Aufnahmebolzen nicht solche infrage, die über das gleiche
Durchmessermaß wie die später bei der Positionierung während der Montage zu verwendenden
Zylinderstifte verfügen. Wäre dies der Fall, so wurde durch die damit gegebene Preßpassung
die Handhabung des Teiles in der Vorrichtung behindert.
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Um trotzdem zu einer spielfreien Positionierung des Werkstückes durch
die Positionierbohrungen in der Vorrichtung zu kommen, kamen nur spreizbare oder
dehnbare Dorne infrage, die nach vollzogener Positionierung fest in den Positionierbohrungen
sitzen.
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Die Nachteile einer solchen Vorrichtung bestehen vor allem darin,
daß sie relativ teuer und in der Regel nur für eine einzige Art von Werkstücken
verwendbar sind.
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Wie und in welchem Maße die Erfindung hier vorteilhaft ist, ergibt
sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen im einzelnen, wobei
als besonders zweckmäßig erkannte Merkmale in den Unteransprüchen definiert sind.
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Fig. 1 Musterbeispiel eines aufzuspannenden Werkstücks, Fig. 2 Schnitt
N-O-P-Q durch aufzuspannendes Werkstück nach Fig. 1,
Fig. 3 Draufsicht
auf eine mögliche Ausführungsart eines Aufspannkörpers mit aufgespanntem Werkstück,
Fig. 4 Schnitt A-B-C-D durch Aufspannkörper und Werkstück nach Fig. 3, Fig. 5 größerer
Aufspannkörper mit kleineren aufgespannten Aufspannkörpern, mit aufgespanntem Werkstück
und mit zwei kleineren aufgespannten Bauteilen für Hilfsfunktionen zum Werkstück
spannen und für die Werkstückbearbeitung, Fig. 6 Teilansicht auf Aufspannkörper
nach den Fig. 3 und 4 mit weiteren möglichen Ausführungsarten von Auf spannkörpern
und aufgespanntem Werkstück aus den Fig 1 und 2, Fig. 7 Schnitt E-F durch Aufspannkörper
und au£gespanntes Werkstück gemäß Fig. 6, Fig. 8 Schnitt G-H durch Aufspannkörper
und aufge spanntes Werkstück gemäß Fig. 6, Fig. 9 Schnitt K-L gemäß Fig. 7 durch
Aufspannkörper und aufgespanntes und im Vergleich zu Fig. 7 modifiziertes Werkstück
mit im Vergleich zu Fig. 7 modifizierter Spannschraube, Fig. 10 Draufsicht auf Aufspannkörper
aus Fig. 6, Fig. 11 Schnitt E-F gemäß Fig. 6 durch eine ijn Vergleich zu Fig. 6
erste modifizierte Ausführung AufspannkörperSmit dazupassendem, modifiziertem Werkstück,
Fig. 12 Schnitt E-F gemäß Fig. 6 durch eine im Vergleich zu Fig. 6 zweite modifizierte
Ausführung ueff AufspannkörperSmit dazu passendem, modifizierten Werkstück.
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In Figuren 1 und 2 wird ein Werkstück 1 gezeigt, an welchem in den
Figuren 6 und 7 eine von mehreren möglichen Aufspannarten demonstriert wird, die
mit Hilfe der der Erfindung zugrundeliegenden Aufspannkörper angewandt werden können.
Die bei der Fertigung des Werkstückes 1 einzuhaltenden Maße beziehen sich auf ein
rechtwinkliges Bezugs-Koordinatensystem X1, Yl, Zl, wobei die Koordinaten X1 und
Y1 in der Ebene der Fläche 2 liegen und die Zl-Koordinate mit der Mittellinie 10
der Positionierausnehmung 8 zusammenfällt. Durch die Positionierausnehmung 8 und
durch die mit den Koordinaten 18 und 19 maßlich definierte Positionierausnehmung
9 kann das Werkstück 1, indem es mit seiner Fläche 2 mit einem anderen Bauteil zusammengefügt
wird~ bezüglich dieses anderen Bauteils bein Fügevorgang in eine vorbestimmte Relativlage
positioniert werden. Es wird vorausgesetzt, daß das andere niht dargestellte Bauteil
an der korrespondierenden Fügefläche ebenfalls über zwei Positionierausnehmungen
verfügt, die zusammen mit den Positionierausnehmungen des Werkstückes 1 und mit
Hilfe jeweils eines Positionierelementes Positioniereinrichtungen bilden können,
wie sie in dem Hauptpatent beschrieben ist. Statt der gezeigten zwei Positionierausnehmungen
8, 9 können natürlich auch mehr Positionierausnehmungen vorgesehen werden. Man kann
sich auch auf nur eine Positionierausnehmung beschränken, wenn ein weiteres Merkmal
für das Ausrichten des Werkstückes beim Fügevorgang gegeben ist, oder wenn es sich
um die mittige Positionierung eines rotationssymmetrischen Werkstücks handelt.
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Bei Werkstück 1 sowie bei den dargestellten Positioniereinrichtungen
in den Fig. 3 bis 10 handelt es sich bei den Positionierausnehmungen um kegelige
Bohrungen und bei den Positionierelementen um Kugeln.
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Das Zusammenfügen des Werkstückes 1 mit einem anderen Bauteil unter
Benutzung der Positionierausnehmungen 8, 9 zum Zwecke der Ausrichtung oder Positionierung
des Werkstückes 1 kann für mehrere Zwecke vorgenommen werden.
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Das Werkstück 1 kann einmal mit einem anderen Bauteil zusammengefügt
werden, um in dieser Konstellation seine endgültige Gebrauchsfunktion wahrzunehmen
(z.B. Montage einer gebrauchsfertigen Maschine), zum anderen kann das Werkstück
1 mit einem anderen Bauteil zusammengefügt werden, um bei dieser Befestigung das
Werkstück 1 besser fertigen zu können (z.B.
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Montage mit dem Bauteil einer Fertigungsvorrichtung) Die Flächen 3,
4, 5, 6 und 7 des tçerkstücks 1 sollen im vorliegenden Falle auch bezüglich ihrer
maßlichen Festlegung von untergeordneter Funktion sein. Dagegen werden von den Bohrungen
12, 13, 14 und 15 bezüglich der Maße ihrer Mittellinien zum Bezugs-Koordinatensystem
Xlr Yl, Zl enge Toleranzen erwartet. Die Bohrungen 16, 17 sollen (eventuell auch
mit Gewinde versehen) der Befestigung des Werkstückes 1 beim Zusammenfügen mit einem
anderen Bauteil dienen.
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Die Koordinatenmaße der Mittellinien der Positionierausnehmungen
9 und der der Befestigung dienenden Bohrungen 16 und 17 relativ zum Bezugs-Koordinatensystem
Yl, Xl, Z1 sollen vorzugsweise Normmaße sein, die ein ganzzahliges Vielfaches eines
Grundmaßes darstellen. Dieses Grundmaß kann z.B. die Länge 1,25 mm sein. Der Koordinaten-Ursprung
des Bezugs-Koordinatensystems Xl, Yl, Zl muß nicht zwangsläufig in der Mitte einer
Positionierausnehmung der Fläche 2 liegen, sondern kann beliebig angeordnet werden.
Auch müssen sich nicht sämtliche Maße des Werkstückes 1 auf das Bezugs-Koordinatensystem
X1, Y1, Z1 beziehen, sondern sie können sich auf andere (nicht dargestellte) Bezugs-Koordinatensyst#eme
beziehen, die allerdings ihrerseits wieder in ihrer
räumlichen
Lage relativ zum Bezugs-Koordinatensystem X1, Y1, Zl festgelegt sind. Vor dem Zusammenfügen
des Werkstückes 1 mit einer dafür vorgesehenen Fügefläche eines oder mehrerer der
Erfindung zugrundeliegenden Aufspannkörper(s) zum Zwecke der Durchführung eines
oder mehrerer Fertigungsschritte(s) müssen die Positionierausnehmungen 8, 9 sowie-
die diese Positionierausnehmungen aufnehmende Fläche 2 bereits vorhanden sein, was
z.B. durch eine entsprechende vorausgegangene spanende Bearbeitung des Werkstücks
1 geschehen kann. Sollen die Bohrungen 16, 17 zum Aufspannen des Pierkstücks 1 auf
die Aufspannkörper mit herangezogen werden, so müssen sie vor dem Aufspann-Vorgang
bereits vorhanden sein.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine mögliche Ausführungsart des der Erfindung
zugrundeliegenden Aufspannkörpers. Der Aufspannkörper 20 trägt ein zu bearbeitendes
Werkstück 21 und ist seinerseits wieder auf einer Aufspannunterlage 22 befestigt,
die z.B. den Aufspanntisch einer Werkzeugmaschine darstellen kann.
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Der Aufspannkörper 20 weist eine Aufnahmefläche 23 auf zur Aufnahme
entweder von Werkstücken, die in dieser Aufnahmeposition gefertigt werden sollen,
oder von Bauteilen, die eine Hilfsfunktion beim Aufspannen oder Fertigen anderer
Werkstücke ausüben sollen. Parallel zur Aufnahmefläche 23 besitzt der Aufspannkörper
20 eine Kombinationsfläche 24, die zum Aufstellen und/oder Befestigen des Aufspannkörpers
in beliebigen räumlichen Lagen dient.
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Senkrecht zur Aufnahmefläche 23 weist der Aufspannkörper 20 vier
seitliche Flächen 25, 26, 27 und 28 auf, mit denen der Aufspannkörper auf einer
geeigneten Unterlage, z.B. auf einem rlerkzeugmaschinentisch, ausgerichtet und positioniert
werden kann, Dabei können die Flächen 25, 26, 27 und 28 in bekannter Weise, z.B.
mit bereits auf der Unterlage vorhandenen (nicht dargestellten) Anschlagkörpern
in Berührung gebracht werden.
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Weiterhin ist dem Aufspannkörper ein rechtwinkliges dreidimensionales
Bezugs-Koordinatensystem X, Y, Z zugeordnet, nach dem in der Regel auch der Aufspannkörper
20 seinerseits ausgerichtet wird. Dabei steht die Z-Achse bevorzugt senkrecht zur
Aufnalemeflache 23 und die Z- und Y-Achsen liegen parallel und in bekannten Abständen
zu den seitlichen Flächen 25, 26, 27 und 28.
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In der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20 sind Positionierausnehmungen
29 eingebracht. Mit Hilfe eines geeigneten Positionierelementes 30 können zusammen
mit Positionierausnehmungen 31 des Werkstückes 21 (oder mit Positionierausnehmungen
eines beliebigen anderen Bauteiles) solche Positioniereinrichtungen gebildet werden,
wie sie in dem Hauptpatent beschrieben werden.
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An und für sich können beliebig viele Positionierausnehmungen 29
in der Aufnahmefläche 23 in beliebiger maßlicher Anordnung zum Bezugs-Koordinatensystem
X, Y, Z untergebracht sein. Bevorzugt sind die Positionierausnehmungen 29 in der
Aufnahmefläche 23 jedoch so angeordnet, daß ihre Mittelpunkte (das sind die SchnittpUnkte
ihrer Mittellinien mit der Ebene der Aufnahmefläche 23Jin Schnittpunkten 50 von
zwei aufeinander senkrecht stehenden Scharen von Geraden 51 und 52 liegen.
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Dabei-liegen die Geraden in der Ebene der Aufnahmefläche 23 und haben
untereinander gleiche Abstände. Das durch die Schnittpunkte 50 dieser Geraden-Scharen
erzeugte Punktraster wird nachfolgend Punktraster erster Art genannt.
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Die Punkt-zu-Punkt-Abstände des Punktrasters erster Art sind bevorzugtermaßen
Normmaße, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Grundmaßes darstellen. Das angewendete
Grundmaß, z.B.
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1,25 mm, ist identisch mit dem Grundmaß, welches zum Aufbau
eines
gleichen Punktrasters für die Fügefläche der auf den Aufspannkörper aufzuspannenden
Werkstücke oder anderweitigen Bauteile verwendet wird.
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Die Rasterlinien des Punktrasters erster Art liegen parallel und
in bekannten Abständen zu den Koordinaten des Bezugs-Koordinatensystems X. Y, Z
des Aufspannkörpers 20.
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Damit sind gleichzeitig auch die Entfernungen der Mittellinien 32
der Positionierausnehmungen 29 zu den Flächen 25, 26, 27, 28 bekannt.
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Das Werkstück 21 verfügt an seiner Fügefläche 33 über Positionierausnehmungen
31 , deren durch ihre Mittellinien definierten Mittelpunkte in einem Punktraster
erster Art liegen.
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Durch die Relativlage zu zweien dieser Positionierausnehmungen ist
ein dem Werkstück 21 zugehöriges Bezugs-Koordinatensystem X2, Y2, 22 definiert auf
das sich alle Maße des Werkstückes 21 beziehen. Auf diese Weise kann das Werkstück
21 bereits beim Vorgang des Aufspannens auf den Aufspannkörper 20 in Bezug auf dessen
Bezugs-Koordinatensystem X, Y, Z 2; in eine vorbestimmbare Relativlage positioniert
werden. In Fig. 4 wird die Befestigung des Werkstückes 21 auf dem Aufspannkörper
20 durch eine von unten in die Gewindebohrung 34 eingeführte Schraube 35 vorgenommen.
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Diese Befestigungsart, die nur bei Verwendung des Aufspannkörpers
20 als auswechselbare Palette angewandt werden kann, ist natürlich nur eine von
mehreren möglichen Befestigungsarten. Genausogut kann die Befestigung durch Einwirken
von an sich bekannten Spannmitteln, wie z.B. Spanneisen nach DIN 6315, auf die Fläche
36 des Werkstückes 21 geschehen. Jedoch ist in diesem Falle die Bearbeitung der
Fläche 36 selbst, sowie die Bearbeitung der von dieser Fläche aus in das Werkstück
einzubringenden Bohrungen 37 und 38 behindert.
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Vor der Fertigung z.B. der Bohrungen 37, 38 des auf dem Aufspannkörper
20 aufgespannten Werkstückes 21 auf einer Werkzeugmaschine muß die Mitte der Bearbeitungsspindel
der Werkzeugmaschine eine bestimmte, bekannte ReLativlage zur X- und Y-Achse des
Bezugskoordinatensystems X, Y, Z des Aufspannkörpers 20 haben. Diese Relativlage
muß jederzeit einstellbar oder überprüfbar sein. Für diesen Zweck sind Bezugsbohrungen
39, 40, 41 und 42 senkrecht zu den Koordinatenebe#nen des Bezugs-Koordinatensystems
X, Y, Z in den Aufspannkörper 20 eingebracht;-deren Mittelpunkt in einer bekannten,
genauen Maßbeziehung zu dem Bezugs-Koordinatensystem X, Y, Z des Aufspannkörpers
20 und damit auch zu den Positionierausnehmungen der Aufnahmefläche 23 steht.
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Auf bekannte Art können die Mittellinien von Werkzeugmaschinen-Bearbeitungsspindeln
mit den Mittellinien dieser Bezugabohrungen 39, 40, 41, 42 zur Deckung gebracht
werden.
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Für die Ausrichtung der Mittellinie einer Werkzeugmaschinenspindel
relativ zum Aufspannkörper 20 können natürlich auch die an dem Aufspannkörper vorhandenen
Positionierausnehmungen 29 selbst benutzt werden Dabei muß das vorgenannte Ausrichten
nicht unmittelbar durch die Bezugsbohrungen 39, 40, 41, 42 oder die Positionierausnehmungen
29 geschehen, vielmehr können dieselben lediglich zum Positionieren eines besonderen
Organes dienen, mit Hilfe dessen die eigentliche Ausrichtung erfolgt. Im Falle der
Bezugsbohrungen 39, 40 41 42 kann dies z.B. ein einfacher Bolzen sein, der von dem
Tasthebel einer an einer Werkzeugmaschinenspindel angebrachten mechanischen Meßuhr
umkreist wird, wodurch die Abç weichung der Mittellinien von Bolzen und Werkzeugmaschinenspindel
gemessen werden kann.
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Die Befestigung des Aufspannkörpers 20 auf einer geeigneten Aufspannunterlage
22 kann in an sich bekannter Weise geschehen.
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Dazu sind in T-Nuten 43 der Aufspannunterlage 22 eingeführte T-Nutenschrauben
44~ vorsehen, die durch Spann-Schlitze 45 des Aufspannkörpers 20 hindurchgeführt
sind und über Sechskantmuttern 46 die Befestigung des Aufspannkörpers 20 vornehmen.
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Es wurde bereits gesagt, daß sich die seitlichen Flächen 25, 26,
27, 28 des Aufspannkörpers 20 zum Ausrichten und Positionieren desselben auf einer
Aufspannunterlage 22 z.B. mit Hilfe von (nicht dargestellten) Anschlagkörpern eignen.
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Es bietet sich für die Aufgabe der Ausrichtung und gleichzeitigen
Positionierung des Aufspannkörpers 20 auf einer anderen Aufspannunterlage jedoch
auch das gleiche Prinzip an, wie es für die Positionierung des Werkstückes 21 aus
der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20 verwendet wird. Xlierzu verfügt der
Aufspannkörper an seiner Kombinationsfläche 24 über Positionierausnehmungen 47,
die über geeignete Positionierelemente a8 mit Positionierausnehmungen 49 der Aufspannunterlage
22 korrespondieren und Positioniereinrichtungen bilden, wie sie in dem Hauptpatent
beschrieben werden.
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Vorzugsweise sind die durch ihre Mittelinien definierten Mittelpunkte
der Positionierausnehmungen 47 der Kombinationsfläche 24, ähnlich wie bei der Anordnung
der Positionierausnehmungen 29 auf der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20,
in einem Punktraster zweiter Art angeordnet. Dabei stellen die Punkt-zu-Punkt-Ab-stände
des Punktrasters zweiter Art bevorzugtermaßen tin ganzzahliges Vielfaches des Punkt-zu-Punkt-Abstandes
des Punktrasters erster Art dar. Für den Fall, daß die Kombinationsfläche 24 parallel
zur Aufnahmefläche 23 angeordnet ist, fallen bezüglich ihrer d- und Y-Koordinaten
die punkte des Punktrasters zweiter Art mit einer Teilmenge von Punkten des Punktrasters
erster Art zusammen. Daraus ergibt sich, daß das Punktraster zweiter Art eine bekannte
maßliche Zuordnung zum Bezugs-Koordinatensystem X, Y, Z des Aufspannkörpers 20 aufweist.
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Für die Lage der Positionierausnehmungen 49 in der Aufspannunterlage
22 ergibt sich die Forderung, daß auch sie in einem Punktraster zweiter Art angeordnet
sein sollten.
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Der Aufspannkörper 20 weist weiterhin Bohrungen 53 auf.
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Diese können sowohl zur Befestigung von Werkstücken oder anderen 3auteilen
auf dem Aufspannkörper als auch zur Befestigung des Aufspannkörpers selbst an einem
anderen Trägerteil dienen. Bei Benutzung der Bohrungen 53 zum Befestigen von Werkstücken
oder anderen bauteilen auf der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20 kann man
neben der in Fig. 4 gezeigten Art Befestigungsschrauben auch von der Aufnahmefläche
23 her in den Aufspannkörper 20 einbringen. Zu diesem Zweck können die Bohrungen
53 selbst ganz oder teilweise mit Gewinde versehen sein, oder die Befestigungsschraube
wird mit einem (nicht dargestellten), im erweiterten Teil 54 der Bohrung 53 untergebrachten
mutterförmigen Organ <z.B. Schlitzmutter nach DIN 546) in Eingriff gebracht.
Vorzugsweise sind die Mitten der Bohrungen 53 in einem Punktraster dritter Art angeordnet.
Dabei stellen die Punkt-zu-Punkt-Abstände des Punktrasters dritter Art bevorzugt
ein ganz= zahliges Vielfaches des Punkt-zu-Punkt-Ab standes des Punktrasters erster
Art dar. Die Punkte des Punktrasters dritter Art fallen bevorzugterweise mit Punkten
des Punktrasters erster Art zusammen.
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Für den in Figuren 3 und 4 gezeigten Aufspannkörper ist nur eine
Aufnahmefläche 23 vorgesehen. In anderen Ausführungsformen können die Aufspannkörper
jedoch mehrere Aufnahmeflächen tragen. Daher können z.B. bei quaderförmigen Aufspannkörpern
bis zu fünf Aufnahmeflächen vorgesehen werden. In einem solchen Falle können die
senkrecht zur Kombinationsfläche angeordneten vier Aufnahmeflächen zugleich als
Flächen zum Ausrichten mittels Anschlägen dienen, wie dies bei dem Aufspannkörper
20 mittels der Flächen 25, 26, 27, 28 möglich ist.
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Bei Vorhandensein von mehreren Aufnahmeflächen können dieselben auch
in beliebigen räumlichen Winkeln zueinander angeordnet sein.
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Weiterhin ist bei dem in Figuren 3 und d gezeigten Aufspannkörper
20 eine Kombinationsfläche 24 zum Aufstellen und/oder Befestigen des Aufspannkörpers
vorgesehen, die parallel zur Aufnahmefläche 23 angeordnet ist. In einer weiteren
(nicht dargestellten) Aus führungs form kann die Kombinationsfläche auch unter einem
beliebigen räumlichen Winkel zu einer Aufnahmefläche, z.B unter einem Winkel von
900 bei einem winkelförmigen Aufspannkörper,angeordnet sein. Dabei können auch in
diesem Falle Bohrungen, ähnlich wie die Bohrungen 53 in Fig. 4, senkrecht zur Kombinationsoberfla..che
angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsart kann der Aufspannkörper 20 auch
als feste Spannbacke eines Schraubstockes ausgebildet sein. Für diesen Fall können
die Bohrungen 53 entfallen, da die Aufspannung des Werkstücks 21 auf der Aufnahmefläche
23 dadurch geschieht, daß die bewegliche Spannbacke des Schraubstockes eine Anpreßkraft
auf die Fläche 36 des Werkstückes 21 ausübt.
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In dem in Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Aufspannkörpers
wurden für die Positionierausnehmungen 29 bzw. 47 und für die in die Aufnahmefläche
23 eingebrachten Bohrungen 53 Punktraster definiert, deren Rasterpunkte auf Rasterlinien
liegen, die parallel zu einem rechtwinkligen Bezugs-Roordinatensystem des Aufspannkörpers
ausgerichtet sind. Anstelle dieser Punktraster können solche Punktraster vorgesehen
werden, die einem Polarkoordinatensystem zugeordnet sind. Dabei liegen die Rasterpunkte
einmal auf Kreisen, die ihren Mittelpunkt im Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems
haben, zum anderen auf vom Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems ausgehenden Strahlen,
die um einen bestimmten, konstanten Winkel gegeneinander versetzt sind.
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In Figuren 3 und 4 trägt der Aufspannkörper 20 ein zu bearbeitendes
Werkstück 21. Anstelle eines zu bearbeitenden Werkstückes kann von dem Aufspannkörper
auch ein beliebiges anderes Bauteil aufgenommen werden, welches in irgendeiner Weise
eine
Aufgabe bei der eigentlichen Fertigung eines Werkstückes übernimmt und welches dazu
zweckmäßigerweise in eine vorbestimmbare Relativlage zu dem Aufspannkörper gebracht
werden muß. Es können auch zu fertigende Werkstücke und andere Bauteile mit Hilfsfunktionen
in beliebiger Zusammenstellung gleichzeitig auf dem Aufspannkörper aufgespannt sein.
Dabei können die aufgespannten anderen Bauteile mit Hilfsfunktionen ihrerseits wieder
(kleinere) Aufspannkörper sein, die mit den gleichen Merkmalen versehen sind, wie
sie vorstehend für den Aufspannkörper 20 in den Figuren 3 und 4 geschildert wurden.
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In Fig 5 wird ein solches Beispiel gezeigt: Auf einem größeren Aufspannkörper
55 sind zwei kleinere Aufspannkörper 56 und 57 aufgespannt, welche ihrerseits wieder
das eigentliche Werkstück 62 tragen. Zwei weitere aufgespannte Bauteile übernehmen
ebenfalls Hilfsfunktionen. Das Bauteil 59 dient zur Befestigung eines Spanneisens
60, während das Bauteil 61 eine Bohrbuchse 63 trägt. Die Aufspannung des Werkstückes
62 erfolgt einerseits durch eine Schraube 58 und andererseits durch das Spanneisen
60.
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Sämtliche aufgespannten Bauteile 59, 61 und Aufspannkörper 56, 57
können mit Hilfe von Positioniereinrichtungen, wie sie in dem Hauptpatent beschrieben
sind, bezüglich des Aufspannkörpers 55 in eine vorbestimmbare Relativlage gebracht
werden.
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Die kleineren Aufspannkörper 56 und 57 verfügen außerdem noch auf
ihrer dem Werkstück 62 zugewandten Seite über Positionierausnehmungen-, deren Mittellinien
in einem bekannten Abstand zu den Mittellinien der Positionierausnehmungen auf der
unteren Seite stehen. Da das Werkstück 62 mit Hilfe von entsprechenden Positioniereinrichtungen
in eine vorbestimmbare Relativlage zu den kleineren Aufspannkörpern 56 und 57 gebracht
wurde, steht es somit auch in einer vorbestimmbaren Relativlage zum größeren Aufspannkörper
55.
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Auf die in Fig. 5 prinzipiell dargestellte Weise lassen sich mit
standardisierten und/oder individuellen, aufspannbaren Bauteilen für Hilfsfunktionen
komplette Fertigungsvorrichtungen in sehr kurzer Zeit zusammenbauen, wobei unter
Anwendung von Positioniereinrichtungen nach dem Hauptpatent sowohl die aufspannbaren
Bauteile für Hilfsfunktionen als auch die eigentlichen Werkstücke in eine vorbestimmbare
Relativlage zum gemeinsamen (größeren) Aufspannkörper gebracht werden können.
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Der gemeinsame (größere) Aufspannkörper kann dabei die Funktion einer
auswechselbaren Palette übernehmen, auf der man außerhalb der Bearbeitungsmaschine
die Bauteile bzw. Werkstücke aufspannen kann, um während dieser Tätigkeit nicht
die bearbeitungsmaschine stillstehen lassen zu müssen.
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Der gemeinsame (größere) Auf spannkörper 55 kann anstatt einer transportablen
Palette auch ein ortsfester Werkzeugmaschinentisch sein, der dabei alle Merkmale
des Aufspannkörpers 20 aus Figuren 3 und 4 aufweisen kann.
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Die in Figuren 3 und 4 gezeigte Aufspannart für das Werkstück 21
ist nicht für alle Fertigungsarten und nicht für alle Werkstücke geeignet. So wird
z.B. die Bearbeitung der senkrecht zur Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20
stehenden seitlichen Flächen des Bauteiles 21 behindert.
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Ebenso wird die Bearbeitung der Bohrungen 37 und 38, bei denen es
sich um Durchgangsbohrungen handeln soll, behindert, da für die Bohrwerkzeuge beim
Austritt aus der Fügefläche 33 keine überlaufstrecke vorgesehen ist. Außerdem müssen
bei der besagten Aufspannart die Positionierausnehmungen 31 des Werkstückes 21 im
Punktraster erster Art der Aufnahmefläche 23 liegen, was für viele Aufgaben eine
zu große konstruktive Einengung bedeuten würde.
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Diese Nachteile können vermieden werden durch Verwendung einer weiteren
Ausführungsart von Aufspannkörpern, wie sie in den Figuren 6, 7, 8 und 10 vorgestellt
werden.
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In Fig. 6 wird eine Teilansicht des Auf spannkörpers 20 aus Figuren
3 und 4 mit dem Koordinaten-Ursprunq 64 des Bezugs-Kpordinatensystems X, Y, Z gezeigt.
Auf der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20 sind zwei kleinere Aufspannkörper
65 und 66 angeordnet r auf denen wiederum das in den Figuren 1 und 2 dargestellte
zu fertigende tt7erkstück 1 aufgespannt ist.
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Fig. 7 zeigt einen Schnitt EF durch die Anordnung nach Fig. 6.
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Der Auf spannkörper 65 trägt ebenso wie der nicht vollständig dargestellte
Aufspannkörper 66 Bezugsbohrungen 67, 68, 69, 70, nach denen z.E. die Mittellinie
einer Werkzeugmaschinenspindel ausgerichtet werden kann.
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Die Aufspannung des Werkstückes 1 auf die Aufspannkörper 65 und 66
geschieht in der in Figuren 6 und 7 gezeigten Anordnung mit Hilfe zweier Schrauben
71 und 72, die durch in den Aufspannkörpern angebrachten Durchgangsbohrungen 73
geführt sind, bevor sie mit mutternförmigen Organen -74 in Eingriff gebracht werden.
Die tfittelpunkte 75 und 76 der Durchgangsbohrungen 73 stellen bezüglich der Positionierung
des aufgespannten Werkstückes 1 Bezugspunkte dar.
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Wie eine Draufsicht auf die Aufnahmefläche 77 des Aufspannkörpers
65 in Fig. 10 zeigt, sind die zur Positionierung der Werkstücke bestimmten Positionierausnehmungen
78 zentral zum Mittelpunkt 75 angeordnet. Dabei liegen aber die Mittelpunkte aller
Positionierausnehmungen 78 zusammen mit dem Mittelpunkt 75 wieder in einem Punktraster
erster Art, wie es für die Positionierausnehmungen der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers
20
definiert wurde. Jedoch können in diesem Falle die Abstände 79, 80 zwischen parallel
verlaufenden Rasterlinien kleiner sein; sie stellen jedoch ebenfalls ganzzahlige
Vielfache eines Grundmaßes von z.B. 1,25 mm dar. Es versteht sich von selbst, daß
die Mittelpunkte der in dem auf zuspannenden Werkstück 1 angebrachten Positionierausnehmungen
in einem Punktraster liegen müssen, das dem Punktraster der Aufnahmefläche 77 des
Aufspannkörpers 65 entspricht.
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Die in der technischen Praxis am häufigsten benutzte Befestigungsart
zur Verbindung zweier Bauteile ist die Schraubverbindung. In der Regel werden pro
zu befestigendes Bauteil mindestens zwei Schrauben vorgesehen. Bei Verwendung von
Positioniereinrichtungen, ähnlich oder in der gleichen Ausführung, wie in dem Hauptpatent
beschrieben, empfiehlt es sich, die Positionierausnehmungen immer in unmittelbarer
Nähe der Durchgangsbohrungen bzw. Gewindebohrungen für die der Befestigung dienenden
Schrauben anzuordnen. Dabei stellt vorteilhafterweise der Mittelpunkt der Durchgangsbohrung
odr der Gewindebohrung immer einen Bezugspunkt dar für die Anordnung der Positionierausnehmungen.
Wenn irgendwie möglich, sollten die Koordinatenmaße der Abstände der Mittelpunkte
der Befestigungsschrauben (bezogen auf ein werkstückinternes Bezugs-Koordinatensystem)
ein ganzzahliges Vielfaches eines mit dem Punktraster erster Art gemeinsamen Grundmaßes
von z.B. 1,25 mm darstellen. Dies ist z.B.
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der angenommene Fall bei den Abständen 81 und 82 des Werkstückes 1
in Fig. 6.
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Die Aufspannkörper 65 und 66 können auf dem (größeren) Aufspannkörper
20 mit Hilfe von auf ihrer Kombinationsfläche 83 untergebrachten Positionierausnehmungen
84 (Fig. 8) in vorbestimmbare Positionen gebracht werden. Dabei muß gewährleistet
werden,
daß damit auch die Mittelpunkte 75 und 76 der Durchgangsbohrungen 73 in beliebige,
vorausbestimmbare Koordinatenabstände 81 und 82 gelangen. Dazu ist es notwendig,
daß Aufspannkörper 65 wenigstens in der Y-Richtung und Aufspannkörper 66 wenigstens
in der X-Richtung in vorbestimmbare Positionen positionierbar sind, die voneinander
um das Grundmaß (z-.B.
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1,25 mm) des Punktrasters erster Art entfernt sind. Dies wird mit
einer besonderen Anordnung der Positionierausnehmungen in den Aufspannkörpern 20,
65 und 66 erreicht.
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Fig. 8 zeigt einen Schnitt G-H durch die Anordnung nach Fig. 6. In
der Aufnahmefläche 23 des Aufspannkörpers 20 sind in mindestens zwei zur Y-Achse
des Bezugs-Koordinantensystems X, Y, Z parallelen Linien 85, 86 (Fig. 6) Positionierausnehmungen
87 angeordnet, die einen Abstand 88 von-einander aufweisen (Fig. 8). In der Kombinationsfläche
83 des Aufspannkörpers 65 sind in zwei Linien 89, 90 (Fig. 10), die den gleichen
Abstand voneinander haben wie die Linien 85, 86, Positionierausnehmungen 84 angeordnet,
die einen Abstand 91 voneinander aufweisen (Fig.8) Die Abstände 88 und 91 unterscheiden
sich um das Maß des Grundmaßes (z.B 1,25 mm) des Punktrasters erster Art.
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Durch entsprechende Kombination einer Positionierausnehmung 84 und
einer Positionierausnehmung 87 mit Hilfe eines gemeinsamen Positionierelementes
92 in den Linien 85, 86 und 89, 9o kann der Aufspannkörper 65 relativ zum Aufspannkörper
20 in Schritten des Grundmaßes (z.B. 1,25 mm) positioniert werden.
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Auf gleiche Weise kann der Aufspannkörper 66 in X-Richtung in Rasterabständen
des Grundmaßes positioniert werden.
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Die hier gezeigte Möglichkeit der Positionierung in einem sehr feinen
Raster ist natürlich nicht nur auf die Auçspannkörper 65 und 66 beschränkt, sondern
sie läßt sich ebensogut anwenden für beliebige andere aufzuspannende Bauteile, die
bei der Erfüllung von Fertigunfrsaufqaben relativ zu einen anderen Träverbauteil
feinstufig positioniert werden nüssen. Dies trifft z.B. zu für die Bauteile 59 und
<1 in Fig. 5.
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Die Positionierung des Werkstückes 1 relativ zu den beiden Aufspannkörpern
65 und 66 erfolgt mit Hilfe von Positionierausnehmungen 93 im Werkstück 1, von Positionierausneh>-unaen
78 in den Aufspannkörpern 65 und 66 und von Positionierelementen 94.
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Die Befestigung der (kleineren) Aufspannkörper 65 und 66 an dem (größeren)
Aufspannkörper 20 geschieht mit Hilfe einer Schraube 95 und einer Mutter 96 und/oder
mit Hilfe einer Schraube 97, die in einen mit Innengewinde versehenen Nutenstein
98 eingreift (Fig. 9). Durch Vorhandensein der Nuten 1o9 bzw. llo (Fig. 7), deren
nutzbare Längenerstreckung größer ist als der Abstand 99 der Durchgangslöcher 53,
ist eine Befestigung in jeder möglichen Position gesichert. Die Aufspannung des
Aufspannkörpers 65 auf den Aufspannkörper 20 muß sich jedoch nicht auf die gezeigte
Befestigungsart mittels Schrauben beschränken.
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Die in Figuren 6 und 7 gezeigte Art der Befestigung des Werkstückes
1 auf der Aufnahmefläche 77 des Aufspannkörpers 65 ist nur eine von mehreren möglichen.
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Fig. 9 teig gt einen Schnitt K-L durch die Anordnung nach Fig. 7
mit im Vergleich zu Fig. 7 modifiziertem Werkstück lol, in welches von der Fügefläche
her ein Sack-Gewindeloch 102 eingebracht ist und mit im Vergleich zu Fig. 7 modifizierter
Befestigungsschraube
100. Die in Fig 9 gezeigte Befestigungsart
hat den Vorteil, da dabei eine geringere Behinderung für eine mehrseitige Bearbeitung-
des Werkstückes lol in ein und derselben Aufspannung gegeben ist Die Befestigung
des Werkstückes 1 auf dem Aufspannkörper 65 ist aber auch mit noch anderen altbekannten
Mitteln, wie z.B. mit Hilfe von Spanneisen 60 (Fig. 5), möglich.
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In den Figuren 1 bis lo wurde bei der Darstellung von Positioniereinrichtungen
oder Positionierausnehmungen gemäß der Hauptanmeldung stets unterstellt, daß es
sich um solche handele, die mit einer Vollkugel als Positionierelement arbeiten.
Es können jedoch sämtliche in der Hauptanmeldung beschriebenen Positioniereinrichtungen
zur Anwendung kommen.
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Besonders hervorzuheben sind die Positioniereinrichtungen, bei denen
das Positionierelement einen Torus, bzw. eine Kugel mit zentraler Durchgangsbohrung
darstellt.
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Wie die Figuren 11 und 12 zeigen, brauchen dabei an den Aufspannkörpern
nur geringfügige Änderungen durchgeführt zu werden.
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Fig. 11 zeigt einen Schnitt K-L durch-die Anordnung nach Fig. 7 mit
im Vergleich zu Fig. 7 modifiziertem Werkstück 103, modifizierter Positionierausnehmung
104 und modifiziertem Positionierelement 105. Dabei stellt die in die Aufnahmefläche
-77 des Aufspannkörpers 65 eingebrachte Positionierausnehmung 104 ebenso wie die
gegenüberliegende Positionierausnehmung im Werkstück 103 eine kreisförmige Nut mit
trapezförmigem Querschnitt dar, während das Positionierelement 105 aus einem Torus
mit kreisförmigem Querschnitt besteht.
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Fig. 12 zeigt einen Schnitt K-L durch die Anordnung nach Fig. 7 mit
im Vergleich zu Fig. 7 modifiziertem Werkstück 106, modifizierter Positionierausnehmung
107 und modi.'iziertert Positionierelement 108. Dabei stellt die in die Aufnahmefläche
77 des Auf spannkörpers 65 einaebrachte Positionierausneilmung 107 ebenso wie die
gegenüberliegende Positionierausnehrung im -.^Terkstuck 106 eine kegelförmige Bohrung
dar, während das Positionierelement l08 aus einer Kugel mit zentraler Durchqangsbohrung
besteht.
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In den Anordnungen nach Fiquren 11 unc 12 fällt die flittellinie
der Positioniereinrichtung mit der Mittellinie der der Befestigung dienenden Durchgangsbohrung
73 zusammen.
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(Patentansprüche)