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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauteilaufnahmevorrichtung für eine Montagehilfsvorrichtung für den relativen Fügetoleranzausgleich beim Montieren eines ersten Bauteils, insbesondere eines Federbeins, an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Federbeinaufnahme einer Karosserie des Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Montagehilfsvorrichtung mit einer gattungsgemäßen Bauteilaufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zur Montage eines ersten Bauteils, insbesondere eines Federbeins, an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Federbeinaufnahme einer Karosserie des Kraftfahrzeugs.
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Zum Dämpfen mechanischer Stöße sowie zum Ausgleichen von Unebenheiten der Fahrbahn weisen Kraftfahrzeuge mehrere Federbeine auf, welche jeweils an einer Federbeinaufnahme einer Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet und an der Federbeinaufnahme, insbesondere über eine Schraubverbindung, fixiert sind. Somit bilden Federbeine einen Bestandteil eines Achssystems des Kraftfahrzeugs.
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Bei der Montage eines Federbeins an einer Federbeinaufnahme einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs ist eine präzise Ausrichtung des Federbeins zur Federbeinaufnahme von hoher Wichtigkeit. Die Montage erfolgt zumeist manuell, wobei eine Ausrichtung des Federbeins zur Federbeinaufnahme mittels zusätzlicher Zentriermittel gewährleistet ist. Demnach werden beispielsweise passgenaue Befestigungsbohrungen, Zentrierstifte oder dergleichen verwendet, um eine korrekte Ausrichtung des Federbeins zur Federbeinaufnahme sicherzustellen. Mitunter werden Stützvorrichtungen zum Abstützen des Federbeins verwendet, an welche das Federbein spielbehaftet einhängbar oder anlehnbar ist.
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Die
DE 10 2010 036 516 A1 zeigt einen Fußboden für Fahrzeuge, der einen Toleranzausgleich und den Austausch einzelner Fußbodenplatten ermöglicht. Der Fußboden weist wenigstens eine Fußbodenschiene mit einem Hohlprofil mit Längsschlitz auf, in dem wenigstens ein verschiebbarer Nutenstein angeordnet ist. Wenigstens eine Fußbodenplatte liegt auf einer Auflagefläche der Fußbodenschiene auf. Ein Abdeckprofil, welches auf der Fußbodenplatte aufliegt, wird mittels lösbarer Befestigungsmittel, die durch den Längsschlitz hindurch in Eingriff mit dem Nutenstein stehen, auf die Fußbodenplatte gedrückt, so dass die Fußbodenplatte zwischen der Auflagefläche und dem Abdeckprofil festgeklemmt wird.
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Aus der
DE 10 2018 211 525 A1 ist ein Federbeinsystem mit einer Federbeinaufnahme sowie einem Federbein mit einem Federbeinlager bekannt. Die Federbeinaufnahme ist zur Aufnahme des Federbeins ausgebildet. Das Federbeinlager weist eine Ausrichtvorrichtung zum Ausrichten des Federbeins zur Federbeinaufnahme beim Zusammenfügen auf. Die Ausrichtvorrichtung weist hierfür beispielsweise einen Zentrierstift mit einer Kegelspitze auf, welcher in eine Bohrung der Federbeinaufnahme einführbar ist. Der Zentrierstift weist zudem einen Schaftbereich mit einem Außengewinde auf, um das Federbein an der Federbeinaufnahme mittels einer Mutter zu sichern.
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Bekannte Montageverfahren zum Montieren eines Federbeins an einer Federbeinaufnahme haben den Nachteil, dass ein manueller Montageaufwand verhältnismäßig hoch ist. Das Federbein ist während des Zusammenfügens den durch die Ausrichtvorrichtung bewirkten Ausrichtbewegungen nachzuführen. In automatisierten Montageverfahren sind hierfür Robotervorrichtungen mit einer sehr aufwendigen Sensorik erforderlich. Dies führt zu einer Steigerung der Montagekosten. Des Weiteren haben Stützvorrichtungen zum Stützen des Federbeins den Nachteil, dass hierdurch ein zusätzlicher Widerstand beim Ausrichten der Bauteile erzeugbar ist. Dieser Widerstand bewirkt eine zusätzliche Kraft in einer zwischen dem Federbein und der Federbeinaufnahme wirkenden Zentriervorrichtung, durch welche eine Beschädigung eines der Bauteile bewirkbar ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Bauteilaufnahmevorrichtung für eine Montagehilfsvorrichtung zum Montieren eines ersten Bauteils, wie beispielsweise eines Federbeins, an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einer Federbeinaufnahme einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, bei einer Montagehilfsvorrichtung sowie bei einem Verfahren zur Montage eines ersten Bauteils, insbesondere eines Federbeins, an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Federbeinaufnahme einer Karosserie, zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Montagehilfsvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine automatisierte Montage des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil verbessern und/oder ein Verkanten des ersten Bauteils während der Montage vermeiden.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Bauteilaufnahmevorrichtung für eine Montagehilfsvorrichtung zum Montieren eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, eine Montagehilfsvorrichtung zum Montieren eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zur Montage eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bauteilaufnahmevorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Montagehilfsvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Bauteilaufnahmevorrichtung für eine Montagehilfsvorrichtung für den relativen Fügetoleranzausgleich beim Montieren eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Bauteilaufnahmevorrichtung weist einen Ausrichtabschnitt zum Ausrichten mit einem Bauteilbereich des ersten Bauteils, einen Koppelabschnitt zum mechanischen Koppeln der Bauteilaufnahmevorrichtung an einer Haltevorrichtung der Montagehilfsvorrichtung sowie einen Lagetoleranzausgleichsabschnitt zum Ermöglichen einer begrenzten mehrachsigen Lageveränderung des Ausrichtabschnitts relativ zum Koppelabschnitt auf. Erfindungsgemäß weist der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ein erstes Ausgleichselement, ein zweites Ausgleichselement und eine Druckvorrichtung auf, wobei das erste Ausgleichselement im formschlüssigen Zusammenspiel mit dem zweiten Ausgleichselement relativ zum zweiten Ausgleichselement mehrere rotatorische Freiheitsgrade sowie mehrere begrenzte translatorische Freiheitsgrade aufweist, wobei ein erster translatorischer Freiheitsgrad der mehreren begrenzten translatorischen Freiheitsgrade in Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung und ein zweiter translatorischer Freiheitsgrad der mehreren begrenzten translatorischen Freiheitsgrade quer zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung angeordnet ist, und wobei die Druckvorrichtung ausgebildet ist, das erste Ausgleichselement und das zweite Ausgleichselement gegeneinander zu drücken.
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Unter einer Bauteilaufnahmevorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, die zum Tragen und/oder Halten und/oder Abstützen des ersten Bauteils, wie beispielsweise eines Federbeins für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet ist. Die Komponenten der Bauteilaufnahmevorrichtung weisen vorzugsweise eine derartige Festigkeit auf, dass durch Anordnen des ersten Bauteils an der Bauteilaufnahmevorrichtung keine plastische Verformung der Komponenten bewirkbar ist. Die Bauteilaufnahmevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, das erste Bauteil ohne Einwirkung äußerer Kräfte in einer Gleichgewichtslage lagekonstant zu halten bzw. abzustützen. Somit ist die Bauteilaufnahmevorrichtung vorzugsweise ausgebildet, das erste Bauteil in einer definierten relativen Lage zur Montagehilfsvorrichtung zu halten bzw. abzustützen. Überdies ist die Bauteilaufnahmevorrichtung vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet bzw. einrichtbar, durch externe Kräfte, wie beispielsweise Querkräfte, welche in Folge eines Zusammenspiels zwischen einer Zentriervorrichtung des ersten Bauteils und einer Gegenzentriervorrichtung des zweiten Bauteils auftreten, aus der Gleichgewichtslage in eine Auslenklage ausgelenkt zu werden. Vorzugsweise ist die Bauteilaufnahmevorrichtung weiter ausgebildet, das erste Bauteil bei Wegfall der externen Kräfte in der Auslenklage zu halten oder zurück in die Gleichgewichtslage zu bewegen. Vorzugsweise ist die Bauteilaufnahmevorrichtung derart konfigurierbar, in einer ersten Konfiguration das erste Bauteil bei Wegfall der externen Kräfte in der Auslenklage gehalten und in einer zweiten Konfiguration das erste Bauteil bei Wegfall der externen Kräfte zurück in die Gleichgewichtslage bewegt wird. Die Bauteilaufnahmevorrichtung ist zur Verwendung an einer Montagehilfsvorrichtung für den relativen Fügetoleranzausgleich beim Montieren des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil ausgebildet.
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Der Ausrichtabschnitt ist zum Ausrichten der Bauteilaufnahmevorrichtung mit dem Bauteilbereich des ersten Bauteils ausgebildet. Hierfür weist der Ausrichtabschnitt vorzugsweise mindestens ein Ausrichtmittel, wie beispielsweise ein Spitzkegel, Rundkegel, Kugelkopf, Stumpfkegel oder dergleichen, auf, welches mit mindestens einem Gegenausrichtmittel des ersten Bauteils, wie beispielsweise einer Durchführung, Delle, Nut oder dergleichen, zusammenführbar ist, um die Bauteilaufnahmevorrichtung lagegenau am ersten Bauteil auszurichten.
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Der Koppelabschnitt ist zum mechanischen Koppeln der Bauteilaufnahmevorrichtung an der Haltevorrichtung der Montagehilfsvorrichtung ausgebildet. Der Koppelabschnitt ist vorzugsweise zur kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Befestigung an der Haltevorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Koppelabschnitt an mindestens einem Abschnitt des Lagetoleranzabschnitts befestigt oder mit diesem Abschnitt monolithisch ausgebildet.
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Der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ist zum Ermöglichen einer begrenzten mehrachsigen Lageveränderung des Ausrichtabschnitts relativ zum Koppelabschnitt. Der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ist vorzugsweise ausgebildet, zwei translatorische Freiheitsgrade zwischen dem Ausrichtabschnitt und dem Koppelabschnitt in einem begrenzten Rahmen freizugeben. Besonders bevorzugt ist der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ausgebildet, drei translatorische Freiheitsgrade zwischen dem Ausrichtabschnitt und dem Koppelabschnitt in einem begrenzten Rahmen freizugeben. Die translatorischen Freiheitsgrade sind orthogonal zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ausgebildet, zwei rotatorische Freiheitsgrade zwischen dem Ausrichtabschnitt und dem Koppelabschnitt freizugeben. Weiter bevorzugt ist der Lagetoleranzausgleichsabschnitt ausgebildet, drei rotatorische Freiheitsgrade zwischen dem Ausrichtabschnitt und dem Koppelabschnitt freizugeben.
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Zum Bereitstellen der translatorischen sowie rotatorischen Freiheitsgrade weist der Lagetoleranzausgleichsabschnitt das erste Ausgleichselement, das zweite Ausgleichselement sowie die Druckvorrichtung auf. Das erste Ausgleichselement weist im formschlüssigen Zusammenspiel mit dem zweiten Ausgleichselement relativ zum zweiten Ausgleichselement mehrere begrenzte translatorische Freiheitsgrade sowie mehrere rotatorische Freiheitsgrade auf. Der erste translatorische Freiheitsgrad der mehreren begrenzten translatorischen Freiheitsgrade verläuft in Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung. Der zweite translatorische Freiheitsgrad der mehreren begrenzten translatorischen Freiheitsgrade verläuft quer zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung. Der erste translatorische Freiheitsgrad ist vorzugsweise orthogonal zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad ausgerichtet.
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Der erste translatorische Freiheitsgrad verläuft in der Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung. Der zweite translatorische Freiheitsgrad verläuft quer, insbesondere orthogonal, zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung. Ein etwaiger dritter translatorischer Freiheitsgrad verläuft quer, insbesondere orthogonal, zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung sowie quer, insbesondere orthogonal, zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad. Demnach sind die Freiheitsgrade vorzugsweise gemäß einem kartesischen Koordinatensystem angeordnet. Der erste translatorische Freiheitsgrad bildet vorzugsweise eine erste Rotationsachse des ersten rotatorischen Freiheitsgrads. Der zweite translatorische Freiheitsgrad bildet vorzugsweise eine zweite Rotationsachse des zweiten rotatorischen Freiheitsgrads. Der etwaige dritte translatorische Freiheitsgrad bildet vorzugsweise eine dritte Rotationsachse des dritten rotatorischen Freiheitsgrads.
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Die Druckvorrichtung ist ausgebildet, den ersten Kontaktkörper und den zweiten Kontaktkörper gegeneinander zu drücken. Die Druckvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, hierfür eine definierte Druckkraft bereitzustellen. Die Druckvorrichtung weist eine Wirkungsrichtung auf, in welche die von der Druckvorrichtung bereitgestellte Druckkraft wirkt. Vorzugsweise weist die Druckvorrichtung eine Druckfeder und weiter bevorzugt eine Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Druckfeder auf. Die Druckvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, eine Rückstellkraft zum Zurückstellen des ersten Ausgleichselements mit dem zweiten Ausgleichselement in die Gleichgewichtslage bereitzustellen.
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Durch das Zusammenwirken des ersten Ausgleichselements mit dem zweiten Ausgleichselement und der Druckvorrichtung sind die translatorischen Freiheitsgrade und die rotatorischen Freiheitsgrade bereitgestellt. Das erste Ausgleichselement, das zweite Ausgleichselement und die Druckvorrichtung sind dafür vorzugsweise derart ausgebildet und eingerichtet oder einrichtbar ausgebildet, dass ein Auslenken des Ausrichtabschnitts aus der Gleichgewichtslage mittels einer vordefinierten Kraft, wie beispielsweise einer parallel zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung, vorzugsweise koaxial hierzu, wirkenden Druckkraft oder einer quer verlaufenden Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung, vorzugsweise die Wirkungsrichtung schneidendend, wirkenden Querkraft, bewirkbar ist, insbesondere wenn das erste Bauteil an der Bauteilaufnahmevorrichtung angeordnet ist. Weiter bevorzugt sind das erste Ausgleichselement, das zweite Ausgleichselement und die Druckvorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet oder einrichtbar ausgebildet, dass der Ausrichtabschnitt in der Gleichgewichtslage verbleibt, wenn das erste Bauteil an der Bauteilaufnahmevorrichtung angeordnet ist und keine derartige Kraft von außen auf das erste Bauteil wirkt.
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Das erste Ausgleichselement ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet. Das zweite Ausgleichselement ist vorzugsweise scheibenförmig, napfförmig oder ähnlich ausgebildet. Vorzugsweise umgibt das zweite Ausgleichselement das erste Ausgleichselement von einer Seite sowie umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich. Vorzugsweise sind zusätzliche Verstellmittel zum gezielten Begrenzen eines oder mehrerer translatorischer Freiheitsgrade vorgesehen.
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Eine erfindungsgemäße Bauteilaufnahmevorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Bauteilaufnahmevorrichtung den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Hilfsmittel bereitgestellt ist, welches ein Abstützen sowie eine gezielte Lageveränderung des ersten Bauteils beim Ausrichten zum zweiten Bauteil derart unterstützt, dass ein mechanischer Widerstand beim Ausrichten reduziert ist. Hierdurch ist das Ausrichten erleichtert und das Risiko einer Beschädigung der Zentriervorrichtung bzw. Gegenzentriervorrichtung beim Ausrichtvorgang aufgrund des besonders geringen Widerstands bei der Lageveränderung erheblich reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Bauteilaufnahmevorrichtung vorgesehen sein, dass das zweite Ausgleichselement eine Ausgleichswandung aufweist, welche einen Ausgleichsinnenraum umgibt, wobei das erste Ausgleichselement innerhalb des Ausgleichsinnenraums angeordnet ist. Die Ausgleichswandung ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Stahl, gebildet. Das erste Ausgleichselement ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Stahl, gebildet. Das zweite Ausgleichselement ist vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet. Das zweite Ausgleichselement weist vorzugsweise ein Oberteil und ein Unterteil auf, welche vorzugsweise miteinander in Eingriff stehen, beispielsweise über ein Gewinde, oder auf eine alternative Art und Weise aneinander befestigt sind. Das Oberteil und das Unterteil sind vorzugsweise jeweils drehsymmetrisch bzw. zumindest im Wesentlichen drehsymmetrisch ausgebildet. Das Oberteil und/oder Unterteil sind vorzugsweise napfförmig ausgebildet. Die Druckvorrichtung ist vorzugsweise in dem Unterteil, besonders bevorzugt mittig am Unterteil, angeordnet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Gehäuse der Druckvorrichtung an dem Unterteil befestigt oder mit diesem monolithisch ausgebildet ist. Die Druckvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, das erste Ausgleichselement gegen eine dem Ausgleichsinnenraum zugewandte Innenseite des Oberteils zu drücken. Durch die Ausgleichswandung ist ein Bewegungsraum des im Ausgleichsinnenraum angeordneten ersten Ausgleichselement begrenzt. An dem zweiten Ausgleichselement sind vorzugsweise Verstellmittel, wie beispielsweise Verstellschrauben, Verstellwände oder dergleichen, zum Verändern, insbesondere Verringern, des Bewegungsraums des ersten Ausgleichselements angeordnet. Der Ausgleichsinnenraum ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das erste Ausgleichselement innerhalb des Ausgleichsinnenraums rotierbar ist. Ein Kippen des ersten Ausgleichselements ist vorzugsweise formschlüssig durch die Ausgleichswandung, insbesondere vom Oberteil und Unterteil, begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Freiheitsgrade des Ausrichtabschnitts festlegbar sind.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das zweite Ausgleichselement eine erste Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Höhe des Ausgleichsinnenraums aufweist. Durch Verstellen der Höhe ist der erste translatorische Freiheitsgrad veränderbar. Die Verstellvorrichtung weist vorzugsweise ein Gewinde im Oberteil auf, welches mit einem Gegengewinde im Unterteil im Eingriff steht. Durch gegenseitiges Verdrehen von Oberteil und Unterteil ist somit die Höhe des Ausgleichsinnenraums verstellbar. Zum Arretieren der Höhe des Ausgleichsinnenraumes ist beispielsweise eine Wellenmutter als Konterelement vorgesehen, welche auf das Unterteil schraubbar ist. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise gegeneinander verschiebbare Keilelemente vorgesehen sein. Mittels eines Reduzierens der Höhe ist der erste translatorische Freiheitsgrad reduzierbar und umgekehrt ist mittels eines Vergrößerns der Höhe der erste translatorische Freiheitsgrad vergrößerbar. Ebenso sind auf diese Weise der zweite rotatorische Freiheitsgrad und der dritte rotatorische Freiheitsgrad veränderbar. Durch das Reduzieren der Höhe sind der zweite rotatorische Freiheitsgrad und der dritte rotatorische Freiheitsgrad reduzierbar und entsprechend umgekehrt sind mittels eines Vergrößerns der Höhe der zweite rotatorische Freiheitsgrad und der dritte rotatorische Freiheitsgrad vergrößerbar. Vorzugsweise ist die Höhe mittels der ersten Verstellvorrichtung derart reduzierbar, dass das erste Ausgleichselement zwischen dem Oberteil und dem Unterteil derart geklemmt ist, dass der erste Translatorische Freiheitsgrad, der zweite rotatorische Freiheitsgrad sowie der dritte rotatorische Freiheitsgrad formschlüssig eliminiert sind. Der zweite translatorische Freiheitsgrad, der dritte translatorische Freiheitsgrad sowie der erste rotatorische Freiheitsgrad sind in diesem Zustand vorzugsweise weiterhin gewährleistet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anpassung der Bauteilaufnahmevorrichtung an verschiedene Montageszenarien durchführbar ist.
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Weiter bevorzugt weist die Ausgleichswandung eine Durchführung auf, wobei der Ausrichtabschnitt bis zur ersten Durchführung herangeführt oder durch die Durchführung durchgeführt ist. Vorzugsweise ragt der Ausrichtabschnitt in den Ausgleichsinnenraum hinein. An der Durchführung sind vorzugsweise Dichtmittel, wie beispielsweise ein Dichtring angeordnet, um einen Spalt zwischen dem Ausrichtabschnitt und der Ausgleichswandung abzudichten und somit ein Eindringen von Schmutz oder dergleichen in den Ausgleichsinnenraum zu verhindern. Dies hat den Vorteil, dass die Bauteilaufnahmevorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise einen besonders kompakten Aufbau aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Ausgleichselement eine Abrundung zum Kontaktieren des zweiten Ausgleichselements auf. Die Abrundung ist vorzugsweise an einem Umfangsbereich des ersten Ausgleichselements angeordnet. Die Abrundung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das erste Ausgleichselement im Umfangsbereich ungefähr torusförmig, halbtorusförmig oder ähnlich ausgebildet ist. Alternativ kann die Abrundung auch als Kugeln ausgebildet sein, welche am ersten Ausgleichselement, beispielsweise in einem Kugellagerkäfig oder dergleichen, gehalten sind. Somit ist ein Punktkontakt oder Linienkontakt zwischen dem ersten Ausgleichselement und dem zweiten Ausgleichselement bewirkbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Reibung zwischen dem ersten Ausgleichselement und dem zweiten Ausgleichselement reduzierbar ist, sodass ein Verschleiß der Zentriermittel des ersten Bauteils sowie der Gegenzentriermittel des zweiten Bauteils während des Montageprozesses reduzierbar ist.
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Vorzugsweise weist das erste Ausgleichselement eine Ausnehmung zur Anlage eines Druckkörperkontaktabschnitts eines Druckkörpers der Druckvorrichtung auf, wobei ein Ausnehmungsdurchmesser der Ausnehmung größer ist als ein Druckkörperaußendurchmesser des Druckkörperkontaktabschnitts. Die Ausnehmung ist vorzugsweise kalottenförmig, rundkegelförmig, spitzkegelförmig, zylinderförmig, stufenzylinderförmig oder dergleichen ausgebildet. Der Druckkörperkontaktabschnitt ist vorzugsweise kalottenförmig, rundkegelförmig, spitzkegelförmig oder dergleichen ausgebildet. Somit ist ein relatives Verkippen des ersten Ausgleichselements zur Druckvorrichtung erleichtert. Ferner sind auf diese Weise vom ersten Ausgleichselement auf die Druckvorrichtung übertragbare Querkräfte reduzierbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Reibung zwischen dem ersten Ausgleichselement und der Druckvorrichtung reduzierbar ist, sodass ein Verschleiß der Zentriermittel des ersten Bauteils sowie der Gegenzentriermittel des zweiten Bauteils während des Montageprozesses reduzierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Bauteilaufnahmevorrichtung vorgesehen sein, dass das erste Ausgleichselement an dem Ausrichtabschnitt befestigt oder mit dem Ausrichtabschnitt monolithisch ausgebildet ist. Die Befestigung kann beispielsweise durch Schrauben, Schweißen, Löten, Umformen, Klemmen und/oder Schrumpfen realisiert sein. Die Befestigung ist vorzugsweise starr ausgebildet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein zusätzliches elastisches Element bzw. ein elastischer Abschnitt vorgesehen sein, um eine elastische Relativbewegung zwischen dem ersten Ausgleichselement und dem Ausrichtabschnitt zuzulassen. Diese elastische Relativbewegung ist vorzugsweise wesentlich kleiner als der erste translatorische Freiheitsgrad, der zweite translatorische Freiheitsgrad bzw. der dritte translatorische Freiheitsgrad. Hierdurch ist beispielsweise eine zusätzliche Dämpfung beim Montagevorgang bereitstellbar. Unter einer monolithischen Ausbildung wird eine einteilige Ausbildung verstanden, wie beispielsweise durch ein additives Fertigungsverfahren, Drehen, Erodieren oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Relativbewegung des ersten Ausgleichselements zum zweiten Ausgleichselement auf den Ausrichtabschnitt übertragbar ist.
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Besonders bevorzugt weist der Ausrichtabschnitt einen Formschlussabschnitt zum Anlegen des Bauteilbereichs auf. Der Formschlussabschnitt ist vorzugsweise als Absatz, insbesondere ringförmiger Absatz, ausgebildet und erstreckt sich radial nach außen. Alternativ kann der Formschlussabschnitt auch eine axiale Erstreckungskomponente aufweisen. Auf diese Weise ist ein Widerlager für das erste Bauteil bereitgestellt und eine axiale Relativbewegung des ersten Bauteils zum Ausrichtabschnitt formschlüssig begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein lagegenaues Positionieren des ersten Bauteils an der Bauteilaufnahmevorrichtung verbesserbar ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Montagehilfsvorrichtung für den relativen Fügetoleranzausgleich beim Montieren eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Montagehilfsvorrichtung weist eine Haltevorrichtung zum Bereitstellen einer Haltekraft zum Halten des ersten Bauteils auf. Erfindungsgemäß ist an der Haltevorrichtung ein Koppelabschnitt einer erfindungsgemäßen Bauteilaufnahmevorrichtung angeordnet.
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Vorzugsweise weist die Montagehilfsvorrichtung ein Gestell auf, an welchem die Haltevorrichtung angeordnet bzw. ausgebildet ist. Das Gestell weist vorzugsweise einen Standbereich zum Abstellen auf einer Arbeitsfläche und/oder eine Rollvorrichtung zum Bewegen der Montagehilfsvorrichtung auf der Arbeitsfläche auf. Das Gestell ist beispielsweise als Montagerahmen ausgebildet. Der Koppelabschnitt der Bauteilaufnahmevorrichtung ist an der Haltevorrichtung angeordnet und vorzugsweise an dieser fixiert, beispielsweise mittels Schrauben, Bolzen, Schweißen, Klemmen, Schrumpfen, Umformen oder dergleichen. Der Koppelabschnitt kann erfindungsgemäß auch monolithisch mit dem Halteabschnitt ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Montagehilfsvorrichtung Bauteilaufnahmevorrichtungen auf. Demnach ist es bevorzugt, dass die Montagehilfsvorrichtung mehrere Haltevorrichtungen aufweist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Montagehilfsvorrichtung eine zusätzliche Stützvorrichtung zum Abstützen des ersten Bauteils aufweist. Die Stützvorrichtung weist zum Kontaktieren des ersten Bauteils vorzugsweise eine derart große Stützfläche auf, dass das Risiko einer Beschädigung des ersten Bauteils durch Verteilung der Auflagekraft über die Stützfläche reduziert ist. In Randbereichen weist die Stützfläche vorzugsweise eine Abkantung und/oder Abrundung auf. Vorzugsweise weist die Stützfläche ein nachgiebiges Material, wie beispielsweise Gummi, Silikon, PTFE oder dergleichen, auf, um eine Relativbewegung des ersten Bauteils zur Stützfläche zu verbessern.
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Bei der erfindungsgemäßen Montagehilfsvorrichtung ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Bauteilaufnahmevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Montagehilfsvorrichtung gegenüber herkömmlichen Montagehilfsvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Hilfsmittel bereitgestellt ist, welches ein Abstützen sowie eine gezielte Lageveränderung des ersten Bauteils beim Ausrichten zum zweiten Bauteil derart unterstützt, dass ein mechanischer Widerstand beim Ausrichten reduziert ist. Hierdurch ist das Ausrichten erleichtert und das Risiko einer Beschädigung der Zentriervorrichtung bzw. Gegenzentriervorrichtung beim Ausrichtvorgang aufgrund des besonders geringen Widerstands bei der Lageveränderung erheblich reduziert.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Montage eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Montagehilfsvorrichtung,
- - Anordnen eines eine Zentriervorrichtung aufweisenden ersten Bauteils an der Bauteilaufnahmevorrichtung der Montagehilfsvorrichtung derart, dass ein Bauteilbereich des ersten Bauteils an dem Ausrichtabschnitt der Bauteilaufnahmevorrichtung angeordnet ist,
- - Aufeinanderzubewegen, vorzugsweise wiederholgenau lineares Aufeinanderzubewegen, des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil derart, dass die Zentriervorrichtung mit einer Gegenzentriervorrichtung des zweiten Bauteils in Eingriff gerät,
- - weiteres Aufeinanderzubewegen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil derart, dass das zweite Bauteil über die Gegenzentriervorrichtung und Zentriervorrichtung eine Kraft auf das erste Bauteil ausübt, durch welche das erste Bauteil eine Ausrichtbewegung vollzieht und dabei zum zweiten Bauteil ausgerichtet wird, wobei die Ausrichtbewegung eine mehrachsige Lageveränderung des Ausrichtabschnitts der Bauteilaufnahmevorrichtung zum Koppelabschnitt der Bauteilaufnahmevorrichtung bewirkt,
- - Befestigen des ersten Bauteils am zweiten Bauteil, und
- - Entfernen der Bauteilaufnahmevorrichtung vom ersten Bauteil.
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Vorzugsweise erfolgt im Anschluss eine automatische Rückstellung der Bauteilaufnahmevorrichtung in die rotationssymmetrische Grundausrichtung (Gleichgewichtslage) mit dem Entfernen vom ersten Bauteil, als Vorbereitung für den folgenden Montagevorgang.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Bauteilaufnahmevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Montagehilfsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine gezielte Lageveränderung des ersten Bauteils beim Ausrichten zum zweiten Bauteil derart unterstützt ist, dass ein mechanischer Widerstand beim Ausrichten reduziert ist. Hierdurch ist das Ausrichten erleichtert und das Risiko einer Beschädigung der Zentriervorrichtung bzw. Gegenzentriervorrichtung beim Ausrichtvorgang aufgrund des besonders geringen Widerstands bei der Lageveränderung erheblich reduziert.
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Eine erfindungsgemäße Bauteilaufnahmevorrichtung, eine erfindungsgemäße Montagehilfsvorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Schnittdarstellung eine Bauteilaufnahmevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Gleichgewichtslage,
- 2 in einer Schnittdarstellung die Bauteilaufnahmevorrichtung aus 1 in einer ersten ausgelenkten Lage,
- 3 in einer Schnittdarstellung die Bauteilaufnahmevorrichtung aus 1 in einer zweiten ausgelenkten Lage,
- 4 in einer Schnittdarstellung die Bauteilaufnahmevorrichtung aus 1 in einer dritten ausgelenkten Lage,
- 5 in einer Schnittdarstellung ein erster Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 6 in einer Schnittdarstellung ein zweiter Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 7 in einer Schnittdarstellung ein dritter Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 8 in einer Schnittdarstellung ein vierter Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 9 in einer Schnittdarstellung ein fünfter Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 10 in einer Schnittdarstellung ein sechster Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 10 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Gleichgewichtslage schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 weist einen Lagetoleranzausgleichsabschnitt 9 mit einem ersten Ausgleichselement 10, einem zweiten Ausgleichselement 11 und einer Druckvorrichtung 12 auf. Das zweite Ausgleichselement 11 weist ein Oberteil 11a und ein Unterteil 11b auf, die durch eine Ausgleichswandung 13 gebildet sind und einen Ausgleichsinnenraum 14 umgeben. Das erste Ausgleichselement 10 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und weist im Randbereich jeweils auf einer Oberseite und einer Unterseite des ersten Ausgleichselements 10 eine parallel zu einer Mittelachse des erste Ausgleichselements 10 ausgebildete Abrundung 17 auf, welche in der dargestellten Gleichgewichtslage die Ausgleichswandung 13 des Oberteils 11a linienförmig kontaktiert. Die Druckvorrichtung 12 weist einen linear innerhalb des Unterteils 11b geführten Druckkörper 20 mit einem halbkugelförmigen Druckkörperkontaktabschnitt 19, eine Druckfeder 24 zum Drücken des Druckkörpers 20 gegen das erste Ausgleichselement 10 sowie eine Vorspannvorrichtung 25 zum Verändern einer Vorspannung der Druckfeder 24 auf. Der Druckkörperkontaktabschnitt 19 kontaktiert eine spitzkegelförmige Durchführung 16 des ersten Ausgleichselements 10.
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In der Ausgleichswandung 13 des Oberteils 11a ist eine Durchführung 16 ausgebildet, durch welche ein Ausrichtabschnitt 5 der Bauteilaufnahmevorrichtung 1 durchgeführt ist. Ein in dieser Darstellung unteres Ende des Ausrichtabschnitts 5 ist an dem ersten Ausgleichselement 10 fixiert. In einem entgegengesetzten Endbereich weist der Ausrichtabschnitt 5 einen umlaufenden Formschlussabschnitt 21 auf. Zum Verstellen einer Höhe des Ausgleichsinnenraums 14 weist die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 eine erste Verstellvorrichtung 15 auf, die in diesem Beispiel eine Wellenmutter aufweist, welche auf ein Außengewinde des Unterteils 11b angeordnet ist und mit diesem in Eingriff steht. Die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 ist ausgebildet, bei Wegfall äußerer Kräfte und Momente die dargestellte Gleichgewichtslage einzunehmen. Zudem ist die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 ausgebildet, die Gleichgewichtslage solange zu halten, bis eine definierte äußere Mindestkraft oder ein definiertes äußeres Mindestmoment auf den Ausrichtabschnitt 5 wirkt. Über die erste Verstellvorrichtung 15 sind diese Mindestkraft sowie das Mindestmoment gezielt variierbar.
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2 zeigt die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 aus 1 in der ersten ausgelenkten Lage schematisch in einer Schnittdarstellung. Ein Bauteilbereich 6 eines nur teilweise dargestellten ersten Bauteils 3 liegt auf dem Formschlussabschnitt 21 an, wobei ein Teil des Ausrichtabschnitts 5 durch den Bauteilbereich 6 hindurchgeführt ist. In dieser Darstellung wirkt eine Quer zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung 12 ausgerichtete Kraft gegen den Ausrichtabschnitt 5. Hierdurch ist eine seitliche Verschiebung des Ausrichtabschnitts 5 zusammen mit dem ersten Ausgleichselement 10 bewirkt, welche formschlüssig durch die Ausgleichswandung 13 des Unterteils 11b des zweiten Ausgleichselements 11 begrenzt ist.
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In 3 ist die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 aus 1 in der zweiten ausgelenkten Lage schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. In dieser Darstellung wirken eine schräg zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung 12 ausgerichtete Kraft sowie mehrere Momente gegen den Ausrichtabschnitt 5. Hierdurch ist ein Verkippen des Ausrichtabschnitts 5 zusammen mit dem ersten Ausgleichselement 10 bewirkt, welche formschlüssig durch die Ausgleichswandung 13 des Oberteils 11a des zweiten Ausgleichselements 11 begrenzt ist.
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4 zeigt die Bauteilaufnahmevorrichtung 1 aus 1 in der dritten ausgelenkten Lage schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Darstellung wirkt eine schräg zur Wirkungsrichtung der Druckvorrichtung 12 ausgerichtete Kraft gegen den Ausrichtabschnitt 5. Hierdurch ist eine Verschiebung des Ausrichtabschnitts 5 zusammen mit dem ersten Ausgleichselement 10 zur Seite sowie nach unten bewirkt, welche formschlüssig durch die Ausgleichswandung 13 des Unterteils 11b des zweiten Ausgleichselements 11 begrenzt ist.
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In 5 ist der erste Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Im ersten Verfahrensschritt wird eine erfindungsgemäße Montagehilfsvorrichtung 2 bereitgestellt. Die Montagehilfsvorrichtung 2 weist einen Montagerahmen 26 mit zwei Haltevorrichtungen 8 sowie einer zwischen den Haltevorrichtungen 8 angeordneten Stützvorrichtung 27 mit einer vergrößerten Stützfläche 28 zur Anlage an dem ersten Bauteil 3 zum zusätzlichen Abstützen des ersten Bauteils 3 auf. An den Haltevorrichtungen 8 ist jeweils ein Koppelabschnitt 7 einer erfindungsgemäßen Bauteilaufnahmevorrichtung 1 angeordnet und vorzugsweise befestigt.
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6 zeigt den zweiten Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung. In dem zweiten Verfahrensschritt wird das erste Bauteil 3 derart an der Montagehilfsvorrichtung 2 angeordnet, dass die Bauteilbereiche 6 jeweils an einem Ausrichtabschnitt 5 der Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 angeordnet und zu diesen ausgerichtet sind. Das erste Bauteil 3 weist mehrere als Durchgangslöcher ausgebildete Zentriervorrichtungen 22 auf.
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In 7 ist der dritte Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. In dem dritten Verfahrensschritt wird die Montagehilfsvorrichtung 2 mit dem ersten Bauteil 3 derart an ein zweites Bauteil 4 herangeführt, dass die Zentriervorrichtung 22 des ersten Bauteils 3 mit einer Gegenzentriervorrichtung 23 des zweiten Bauteils 4 in Eingriff gerät. Zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens sind die Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 weiterhin in der Gleichgewichtslage angeordnet.
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In 8 ist der vierte Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. In dem vierten Verfahrensschritt wird das erste Bauteil 3 mit der Montagehilfsvorrichtung 2 derart zum zweiten Bauteil 4 hinbewegt, dass das erste Bauteil 3 über das Zusammenspiel zwischen der Zentriervorrichtung 22 und der Gegenzentriervorrichtung 23 relativ zum zweiten Bauteil 4 ausgerichtet wird und eine bestimmungsgemäße relative Endlage zum zweiten Bauteil 4 einnimmt. Durch die hierbei auf die Ausrichtabschnitte 5 wirkenden Kräfte wird eine seitliche Ausgleichsbewegung der Lagetoleranzausgleichsabschnitte 9 der Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 bewirkt. Hierdurch nehmen die Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 jeweils eine ausgelenkte Lage ein. Durch die Ausgestaltung und Einrichtung der Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 sind die zwischen der Zentriervorrichtung 22 und der Gegenzentriervorrichtung 23 wirkenden Kräfte und Momente reduziert.
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In 9 ist der fünfte Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. In dem fünften Verfahrensschritt wird das erste Bauteil 3 mittels mehrerer Schrauben 29 am zweiten Bauteil 4 befestigt.
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In 10 ist der sechste Verfahrensschritt der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. In dem sechsten Verfahrensschritt wird die Montagehilfsvorrichtung 2 vom ersten Bauteil 3 entfernt. Durch das Wegfallen der über das erste Bauteil 3 auf den Ausrichtabschnitt 5 wirkenden Querkräfte erfolgt hierbei ein automatisches Rückstellen der Bauteilaufnahmevorrichtungen 1 in die Gleichgewichtslage.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteilaufnahmevorrichtung
- 2
- Montagehilfsvorrichtung
- 3
- erstes Bauteil
- 4
- zweites Bauteil
- 5
- Ausrichtabschnitt
- 6
- Bauteilbereich
- 7
- Koppelabschnitt
- 8
- Haltevorrichtung
- 9
- Lagetoleranzausgleichsabschnitt
- 10
- erstes Ausgleichselement
- 11
- zweites Ausgleichselement
- 11a
- Oberteil
- 11b
- Unterteil
- 12
- Druckvorrichtung
- 13
- Ausgleichswandung
- 14
- Ausgleichsinnenraum
- 15
- erste Verstellvorrichtung
- 16
- Durchführung
- 17
- Abrundung
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Druckkörperkontaktabschnitt
- 20
- Druckkörper
- 21
- Formschlussabschnitt
- 22
- Zentriervorrichtung
- 23
- Gegenzentriervorrichtung
- 24
- Druckfeder
- 25
- Vorspannvorrichtung
- 26
- Montagerahmen
- 27
- Stützvorrichtung
- 28
- Stützfläche
- 29
- Schraube
