• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zur Positionierung eines Bauteils (17) in einer geneigten Lage, mit einer Halterungseinheit (4), welche in einer Lagerung (5) einer Basis (24) zur Verkippung um zumindest eine Achse des Bauteils (3) aufgenommen ist, und mit einer Aktuatoreinheit, welche die Halterungseinheit (4) in einem definierten Neigungswinkel um die zumindest eine Achse des Bauteils (17) verkippt, wobei die Halterungseinheit (4) zumindest ein Kopplungselement (9; 10) aufweist, das auf zumindest einem Widerlager (11; 12) der Aktuatoreinheit gelagert ist, welches relativ zu dem zumindest einen Kopplungselement (9; 10) bewegbar ist, um die Halterungseinheit (4) mit dem Bauteil (17) in der geneigten Lage zu positionieren (Figur 1).
    公开号:DE102004029001A1
    申请号:DE102004029001
    申请日:2004-06-16
    公开日:2006-01-05
    发明作者:Gerold Schmitt；Jörg Schöfer
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:F16H25-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierungeines Bauteils in einer geneigten Lage und einen Schlagprüfstand miteiner solchen Vorrichtung.
    [0002] Ausder Praxis ist eine großeVielfalt an Mechanismen bekannt, mit deren Hilfe eine definierte Verkippungeines Bauteils um eine oder mehrere vorgegebene Achsen dieses Bauteilsbewerkstelligt werden kann. Insbesondere aus dem Bereich der Mikro-Positioniertechniksind Halterungen bekannt, wie beispielsweise Hexapoden, verkippbareTische bzw. -plattformen.
    [0003] Weiterhinsind aus der Vakuumtechnik so genannte Flanschausrichter bekannt.
    [0004] Beieinem Hexapodenmechanismus wird eine Plattform, auf welcher dasBauteil fixiert wird, dadurch in die vorgegebene Lage geneigt, dassdie linearen und rotativen räumlichenBewegungen der Plattform mittels sechs in ihrer Länge verstellbare Achsenbzw. Streben erfolgt, die an der Plattform angreifen. Dadurch werdensechs Freiheitsgrade erreicht, wobei jede einnehmbare Position derPlattform einer definierten Kombination der sechs Achsen entspricht.Durch eine simultane Steuerung aller sechs Achsen können beliebigeräumlicheBewegungsabläufeder Plattform bzw. des darauf befestigten Bauteils realisiert werden.
    [0005] Einesolche sechsachsige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem deutschenGebrauchsmuster DE296 18 149 U1 bekannt.
    [0006] Kipptischefunktionieren nach einem ähnlichenPrinzip, wie es bei Hexapoden zur Anwendung kommt, mit dem Unterschied,dass in der Regel nur zwei Freiheitsgrade bewerkstelligt werdenkönnen, diedurch zwei Achsen bestimmt werden, welche in der Ebene des Kipptischesselbst angesiedelt sind und um welche der Tisch kippbar ist.
    [0007] Alldiesen aus der Positioniertechnik bekannten Halterungen und Tischenzur Verkippung von Bauteilen ist der Nachteil gemeinsam, dass siefür einenEinsatz, bei welchem hohe dynamische und statische Belastungen aufdas Bauteil ausgeübtwer den, wie in der Materialprüftechnikoder bei Elektrowerkzeugen, nur bedingt oder nicht einsatzfähig sind.Ihre Konstruktion und Auslegung ermöglicht nur eine sehr geringeSteifigkeit und Dauerfestigkeit gegenüber einer zyklischen Belastungin irgendeiner Achsrichtung mit hohen Maximalkräften. Ebenso problematischist eine Veränderungder Lage der eingestellten Bauteilachse unter zyklischer Belastung.
    [0008] Ausgehenddavon ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtungzur Positionierung eines Bauteils in einer geneigten Lage und einenSchlagprüfstandzur Verfügungzu stellen, welche solchen Belastungen ohne Probleme ausgesetzt werdenkönnen,ohne dass die Genauigkeit der Positionierung des Bauteils dadurchbeeinträchtigtwird.
    [0009] Gelöst wirddiese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch1 sowie mit einem eine derartige Vorrichtung als Halterung für eine Probeaufweisenden Schlagprüfstandnach Anspruch 11.
    [0010] DieVorrichtung gemäß der Erfindungzeichnet sich dadurch aus, dass eine Halterungseinheit, welche ineiner Lagerung zur Verkippung um zumindest eine Achse des Bauteilsaufgenommen ist, mit einer Aktuatoreinheit, welche die Halterungseinheitin einem definierten Neigungswinkel um diese eine Achse des Bauteilsverkippt, mittels zumindest eines Kopplungsele ments in Verbindungsteht, welches die Aktuatoreinheit selbst als Widerlager benutzt.Durch die Tatsache, dass dieses Widerlager relativ zu dem Kopplungselementbewegbar ist, lässtsich die Halterungseinheit mit dem Bauteil in der entsprechenden geneigtenLage positionieren.
    [0011] DerKern der Erfindung liegt demzufolge in einer Entkopplung der Bauteilhalterungund der eigentlichen Verkippeinheit. Dadurch ist es möglich, einBauteil wie z. B. eine zu prüfendeProbe sehr steif und resistent gegen dauerhafte schlagende Beanspruchungoder andere derartige Lastwechsel zu haltern und vor einer derartigenBeanspruchung, welche eine Dauerprüfbeanspruchung sein kann, diesesin gewünschterWeise sehr präzisezu verkippen.
    [0012] Ineiner vorteilhaften Ausführungsformder Erfindung kann das Halterungselement im Wesentlichen wenigstensteilkugelförmigund insbesondere als eine Kugel ausgebildet sein, welche in einerKugelpfanne mit einem gleichen Radius bewegbar gelagert ist.
    [0013] Durchdie ausschließlichflächigeLagerung der Kugel in der Kugelpfanne lässt sich eine steife Lagerungbewerkstelligen, wobei gleichzeitig die Kugel in eine geneigte Positionbewegt werden kann, welche sich aus einer kombinierten Verkippungum jeweils zwei sich kreuzende Raumachsen ergibt.
    [0014] Gemäß einervorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zumindesteine Kopplungselement aus zwei Zapfen gebildet, die von der Kugelabragen und einander axial gegenüberliegen.
    [0015] DieseZapfen wiederum sind vorteilhafterweise auf einer axialen Stirnfläche einesRings gelagert, welcher die Kugel zumindest teilweise umschließt. DerRing dient dann als Widerlager fürdie Zapfen und weist vorzugsweise auf seiner axialen Stirnfläche einespeziell angeschliffene, insbesondere teilweise konisch ausgeformteOberflächeauf, auf welcher die Zapfen laufen, wenn der Ring, welcher innerhalbeiner die Lagerung der Halterungseinheit enthaltenden Basis derVorrichtung drehbar gelagert ist, gedreht wird.
    [0016] Ineiner besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindungist an der Kugel ein zweites Kopplungselement in Form von weiterenZapfen vorgesehen, die sich ebenfalls axial einander gegenüberliegenund die zu den ersten Zapfen um 90° versetzt sind.
    [0017] Inentsprechender Weise, wie oben erwähnt, bildet dann vorteilhafterweiseein zweiter Ring, welcher konzentrisch zu dem ersten Ring angeordnetist, das steife Widerlager fürdie zweiten Zapfen. Auf seiner axialen, in Einbauzustand oberenStirnflächeist zweckmäßigerweiseebenfalls eine speziell angeschliffene, vorzugsweise konisch ausgeformteOberflächevorgesehen, auf welcher die zweiten Zapfen zum Aufliegen kommen,wenn der zweite Ring gedreht wird.
    [0018] BeideRinge verlaufen zweckmäßigerweise konzentrischum die Kugel und sind unabhängigvoneinander in zwei Richtungen drehbar.
    [0019] Esist verständlich,dass durch Drehen der Ringe die jeweiligen Zapfen angehoben werden.Aufgrund der Tatsache, dass jedoch die Kugel ausschließlich rotativin der Kugelpfanne gelagert ist, wird der nach oben offene Bereichder Kugel, in welchem eine Aufnahmeeinheit für ein Bauteil bzw. eine Probevorgesehen ist, in seiner Ausrichtung entsprechend geneigt.
    [0020] Durchvier Zapfen, die quasi kreuzförmigin die Kugel eingelassen sind, und die auf den speziellen jeweiligenStirnflächender zwei konzentrisch angeordneten Ringe laufen, wird über dieDrehung der Ringe eine sehr fein einstellbare Kippbewegung der Kugelerreicht. Wenn je zwei gegenüberliegende Zapfenauf einem Ring aufliegen, lässtsich die Achse des Bauteils unabhängig in zwei um 90° versetzte Raumrichtungenverkippen. Auf diese Weise kann jede beliebige Raumwinkelabweichung,die kleiner als der konstruktiv vorgegebene Maximalwinkel ist, miteiner hohen Präzisionvon mindestens 0,1° eingestelltwerden.
    [0021] Eswird deutlich, dass durch eine entsprechende Materialwahl für die Kugel,die Kugelpfanne sowie fürdie in der Kugel aufgenommene Aufnahmeeinheit sich eine äußerst steifeund widerstandsfähigeHalterungsvorrichtung realisieren lässt, welche gleichzeitig aufgrundder dabei dennoch auf sehr einfachen Weise realisierten Kinematikzum Verkippen der Kugel bzw. des Bauteils eine hohe Präzision bei derWinkelpositionierung sicherstellt.
    [0022] Soist es gemäß der Erfindungvorgesehen, eine derartig ausgebildete Vorrichtung insbesondere alsHalterung füreine Probe in einem Schlagprüfstandzu integrieren, bei dem bekanntermaßen hohe dynamische Belastungenvon dem Bauteil auf die Halterungseinheit und damit über dieLagerung auf die Aktuatoreinheit übertragen werden.
    [0023] Ineiner vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einem oberenAbschnitt der Halterungseinheit bzw. Kugel eine Fassung vorgesehen,welche eine standardisierte, auswechselbare Aufnahmeeinheit aufnehmenkann, so dass jeweils Bauteile mit unterschiedlichen Abmessungenin ein und derselben Vorrichtung einer entsprechenden Prüfung unterzogenwerden können.
    [0024] Dieauswechselbare Aufnahmeeinheit kann mittels eines Flansches undentsprechenden Spannmitteln mit der Oberseite der Kugel verspanntund verliersicher fixiert werden.
    [0025] Wenndie Kugel nach oben mit einem Flansch fixiert ist, der auf seinerder Kugeloberfläche zugewandtenInnenseite eine entsprechende konkav ausgeformte Kontur aufweist,kann beim Verspannen dieses Flansches mit entsprechenden Spannmitteln miteiner Basis, welche die Kugelpfanne mittig aufweist, eine entsprechendestabile Lagerung der Kugel erreicht werden. Zwischen dem Flanschund der Basis mit der Kugelpfanne ist genügend Freiraum vorzusehen, sodass sich die Zapfen beim Drehen der Ringe entsprechend bewegenkönnen.
    [0026] WeitereVorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ausden Patentansprüchen,der Zeichnung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung desin der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels.
    [0027] Dabeizeigen
    [0028] 1 eineperspektivisch schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Halterungeines Bauteils in einem Schlagprüfstandgemäß der Erfindungin einem Teilschnitt;
    [0029] 2a eineschematische Prinzipdarstellung der Bewegungsfähigkeit der Vorrichtung der 1 durcheinen ersten Ring;
    [0030] 2b eineschematische Prinzipdarstellung der Bewegungsfähigkeit der Vorrichtung der 1 durcheinen zweiten Ring; und
    [0031] 3 inDraufsicht eine schematische Darstellung der Anordnung der Ringezur Bewerkstelligung der einzelnen Kipprichtungen der Vorrichtung der 1, 2a und 2b.
    [0032] In 1 istein Schlagprüfstand 1 miteiner Vorrichtung 2 zur Positionierung eines Bauteils ineiner geneigten Lage in einer perspektivischen schematischen Darstellungwiedergegeben.
    [0033] DieVorrichtung 2 zur Positionierung eines Bauteils 17 ineiner geneigten Lage besteht im Wesentlichen aus einer Halterungseinheit 4 für das Bauteil 17,im vorliegenden dargestellten Beispiel ein Ventilsitz, und einerLagerung 5, in welcher die Halterungseinheit 4 zurVerkippung um zumindest eine Achse des Bauteils 3 aufgenommenist. Zur weitergehenden Veranschaulichung wurde das schlagende Bauteil 3,mit dem die Beanspruchung von Bauteil 17 durchgeführt wird,mit in die schematische Darstellung aufgenommen.
    [0034] Imgezeigten Beispiel ist die Halterungseinheit als eine Kugel 4 ausgebildet,welche in einer die Lagerung 5 bildenden Kugelpfanne gelagertist. Die Kugelpfanne 5 bildet dabei einen integralen Bestandteileiner Basis 24.
    [0035] DieBasis 24 der Vorrichtung 2 lässt sich über entsprechende Spannmittel 25 aneinem geeigneten Prüfgerät befestigen.
    [0036] DieKugel 4 wird in Einbaulage obenseitig mittels eines Flansches 6 inder Kugelpfanne 5 gehalten. Der Flansch 6 weistdabei auf seiner der Kugeloberflächezugewandten Innenseite eine konkav ausgeformte Fläche 7 auf,so dass die Kugel 4 lediglich rotativ bewegbar innerhalbder Vorrichtung 2 gelagert ist. Der Flansch 6 wird über Spannmittel 8 mitder Basis 24 fixiert.
    [0037] DieKugel 4 weist zwei Kopplungselemente in Form von Zapfen 9 und 10 auf.Die Zapfen 9 und 10 sind z. B. mittels eines Presssitzesjeweils in kreuzartig und parallel zur Basis 24 in derKugel 4 ausgebildeten Aufnahmekanälen eingepasst, wie in der Schnittdarstellungder 1 zu erkennen ist. Statt eines Presssitzes kannalternativ auch eine Einschraubung vorgesehen sein.
    [0038] DieZapfen 9 und 10 ragen somit in Einbaulage radialauswärtsgerichtet von den Seiten der Kugel 4 weg und sind jeweilsaxial einander gegenüberliegendausgerichtet, wie in der Draufsicht der 3 zu erkennenist.
    [0039] Mitihrem aus der Kugel 4 herausragenden Ende liegen die erstenZapfen 9 auf einem die Kugel 4 umgebenden ersten, äußeren Ring 11 auf,der das Widerlager fürdiese Zapfen 9 bildet.
    [0040] Inentsprechender Weise liegen die zweiten Zapfen 10 auf einemzweiten Ring 12 auf, welcher radial innerhalb des erstenRinges 11 und an diesem angrenzend angeordnet ist und somiteinen inneren Ring bildet.
    [0041] BeideRinge 11 und 12, welche eine Aktuatoreinheit für die Halterungseinheitmit der Kugel 4 bilden, sind konzentrisch zueinander angeordnetund innerhalb der Basis 24 drehbar gelagert.
    [0042] Wiein den 2a, 2b undin der Draufsicht der 3 jeweils zu erkennen ist, weisendie Ringe 11 und 12 auf ihren jeweiligen Stirnflächen 13 bzw. 14 jeweilsangepasst ausgeformte konische Oberflächenabschnitte 15 bzw. 16 auf,auf denen beim Drehen der Ringe 11 und 12 diezugeordneten Zapfen 9 und 10 gleiten.
    [0043] Aufgrundder Tatsache, dass die Zapfen 9 und 10 in dieKugel 4 fest eingesetzt sind und die Kugel 4 selbstdurch die Verspannung mit dem Flansch 6 sich nicht entlangirgendeiner Raumrichtung linear bewegen kann, führt ein Drehen der jeweiligenRinge 11 und 12 dazu, dass die konischen Oberflächen 15 bzw. 16 unterdie jeweiligen Zapfen 9 und 10 gedreht werden,womit die Zapfen 9 und 10 angehoben bzw. abgesenktwerden und eine gezielte rotative Bewegung der Kugel 4 innerhalbder Lagerung bewirkt wird, so dass das zu halternde Bauteil 17 ineine entsprechende geneigte Lage positioniert wird.
    [0044] In 3 istmit einem Pfeil 26 eine bei der gezeigten Ausführung mögliche Kipprichtungdes inneren Rings 12 und mit einem Pfeil 27 einemögliche Kipprichtungdes äußeren Rings 11 prinzipmäßig angedeutet.
    [0045] Eswird deutlich, dass durch die entsprechende Ausgestaltung der ausgeformtenOberflächen 15 und 16 aufden Stirnflächen 13 und 14 der Ringe 11 und 12 und über dasAusmaß derDrehung jede entsprechende Neigung bzw. Verkippung der Kugel 4 erzeugtwerden kann.
    [0046] Dadem äußeren Ring 11 diebeiden Zapfen 9 und dem inneren Ring 12 die beidenrechtwinklig hierzu angeordneten Zapfen 10 zugeordnet sind, lässt sich über eineKombination einer Verkippung um zwei unterschiedliche Raumachseneine entsprechende Neigung des Bauteils 17 als eine kombinierte Verkippungum zwei Achsen dieses Bauteils 17 bewerkstelligen.
    [0047] Ander Oberseite der Kugel 4 ist vorliegend eine Fassung ausgebildet,welche die Aufnahme verschiedener Bauteile ermöglicht.
    [0048] DasBauteil 17 wird übereinen Flansch 19 mittels Spannmitteln 20 auf derOberseite der Kugel 4 fixiert, wobei Zentrierstifte 21 beider Zentrierung des Flansches 19 behilflich sind.
    [0049] Aufgrundder Konstruktion und der kinematisch einfachen Ansteuerung über eineRelativbewegung der Ringe 11 und 12 gegenüber denZapfen 9 und 10 der Kugel 4 können beieiner solchen Vorrichtung Materialien für die einzelnen Komponentenverwendet werden, welche eine extreme Steifigkeit und Schlagfestigkeitsowie Dauerfestigkeit gegenüberdynamischen Beanspruchungen zeigen, so dass sich eine Vorrichtunggemäß der Erfindunginsbesondere fürden Einsatz in einem Schlagprüfstandeignet.
    [0050] Einweiteres Einsatzgebiet, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtungeiner ähnlichenBelastung ausgesetzt sein kann, und bei dem eine solche Vorrichtungihre beschriebenen Vorteile hat, stellt der Bereich der Elektrowerkzeugedar.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Vorrichtung zur Positionierung eines Bauteils (17)in einer geneigten Lage, mit einer Halterungseinheit (4),welche in einer Lagerung (5) einer Basis (24) zurVerkippung um zumindest eine Achse des Bauteils (17) aufgenommenist, und mit einer Aktuatoreinheit, welche die Halterungseinheit(4) in einem definierten Neigungswinkel um die zumindesteine Achse des Bauteils (17) verkippt, wobei die Halterungseinheit(4) zumindest ein Kopplungselement (9; 10) aufweist,das auf zumindest einem Widerlager (11; 12) derAktuatoreinheit gelagert ist, welches relativ zu dem zumindest einenKopplungselement (9; 10) bewegbar ist, um dieHalterungseinheit (4) mit dem Bauteil (3) in dergeneigten Lage zu positionieren.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Halterungseinheit im Wesentlichen eine Kugel (4)ist, die in einer die Lagerung bildenden Kugelpfanne (5)bewegbar aufgenommen ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das zumindest eine Kopplungselement (9; 10)aus zwei Zapfen gebildet ist, die von der Kugel (4) axialeinander gegenüberliegend abragen.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das zumindest eine Widerlager aus einem Ring (11)gebildet ist, der die Kugel (4) umschließt und aufdessen axialer Stirnfläche(13) die Zapfen (9) zum Aufliegen kommen.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Ring (11) drehbar ist und auf seiner axialen Stirnfläche (13)zumindest teilweise eine konisch ausgeformte Oberfläche (15)aufweist, auf welcher die Zapfen (9) beim Drehen des Rings (11)zum Aufliegen kommen.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass ein zweiter Ring (12) konzentrisch um den ersten Ring(11) angeordnet ist und dass ein zweites Kopplungselement(10) in Form von zwei Zapfen vorgesehen ist, die von derKugel (4) axial einander gegenüberliegend abragen und zu denersten Zapfen (9) um 90° versetztsind, wobei der zweit Ringe (12) drehbar ist und auf seineraxialen Stirnfläche(14) zumindest teilweise eine konisch ausgeformte Oberfläche (16)aufweist, auf welcher die zweiten Zapfen (10) beim Drehendes zweiten Rings (12) zum Aufliegen kommen.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass beide Ringe (11; 12) gleichzeitig definiertverdrehbar sind, um die Kugel (4) mit dem Bauteil (17)in einer geneigten Lage zu positionieren, welche durch eine Verkippungum zwei Achsen des Bauteils (17) bestimmt ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Halterungseinheit (4) eine flexible Fassung zurAufnahme fürunterschiedliche Bauteile(17) aufweist.
    [9] Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass das Bauteil (17) mit der Halterungseinheit (4)mittels eines Flansches (19) verspannbar ist.
    [10] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass ein Flansch (6) mit der Basis (24) verspannbarist, um die Halterungseinheit (4) dazwischen bewegbar aufzunehmen.
    [11] Schlagprüfstandmit einer Vorrichtung (2) zur Positionierung eines Bauteilsin einer geneigten Lage nach den Ansprüchen 1 bis 10 als Halterungfür eine Probe(17).
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-05-26| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-05-26| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110307 |
    2011-10-27| R016| Response to examination communication|
    2015-06-26| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2016-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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