DE10009125A1 - Vorrichtung zum Gegeneinanderspannen von sich überlappenden Blechen, insbesondere von durch thermische Fügeverfahren zu verbindenden Karosserieblechen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Gegeneinanderspannen von sich überlappenden Blechen (10, 11), insbesondere von durch thermische Fügeverfahren zu verbindenden Karosserieblechen von Kraftfahrzeugen, wobei sich ein erstes Blech (11) auf einer Unterlage abstützt und mindestens ein weiteres (zweites) Blech (10) durch vertikale oder im wesentlichen vertikale Kraftbeaufschlagung (F) gegen das erste Blech (11) gedrückt wird, besteht im wesentlichen aus einem druckmitteldichten, mit einem Druckmedium gefüllten Hohlprofil (12, 12a) mit einem Anschluß für das Druckmedium und einem an dem Hohlprofil (12, 12a) in Richtung der auf die Bleche (10, 11) auszuübenden Kraft (F) beweglich angreifenden Druckstück (14, 14a) zur Kraftbeaufschlagung der Bleche (10, 11), das durch das Druckmedium betätigbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Blechbauteilen, z. B. Karosserieblechen, die durch ein thermisches Fügeverfahren, z. B. Punktschweißen, Hartlöten, Laserschweißen und -löten usw., verbunden werden sollen, ist ein sicheres und reproduzierbares Gegeneinanderspannen der sich überlappenden Bereiche für die Qualität der Verbindung unabdingbar.

Was den Stand der Technik anbelangt, so ist es bekannt, zu verbindende Bleche mittels Druckschlauch und Hebelmechanismus gegeneinander zu verspannen. Zum Stand der Technik gehört auch der Einsatz einzelner mechanischer Spanner, die über Kniehebel oder in ähnlicher Weise pneumatisch betätigbar sind. Bekannt sind des weiteren mitlaufende Andruckrollen und hydraulische Spannbalken.

Die bekannten Spannvorrichtungen bzw. -verfahren haben sich dahingehend als nachteilig erwiesen, dass keine gleichmäßige Spannkraft an allen Stellen der Verbindung aufgebracht werden kann und/oder die Spannkraft zu weit entfernt von der vorgesehenen Verbindungsnaht aufgebracht wird und/oder zusätzliche Betätigungselemente (z. B. Hebel) notwendig sind.

Ausgehend vom o. a. Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spannvorrichtung zu schaffen, mit der die Spannkraft möglichst nahe der Naht aufgebracht werden kann, wobei die Spannkraft längs der vorgesehenen Naht gleich groß sein soll.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung können den Patentansprüchen 2-21 entnommen werden.

Vorteile der Erfindung gegenüber der o. a. konventionellen Spanntechnik bzw. dem bekannten Spannen mit Druckschlauch bestehen darin, dass die erfindungsgemäße Spannvorrichtung einfach und kostengünstig herzustellen ist und keine zusätzliche Mechanik (Hebel, Gelenke etc.) erfordert. Die erfindungsgemäße Konzeption ermöglicht eine Aufbringung einer hohen Spannkraft sehr nahe der Fügestelle.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das Eigengewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu mechanischen Spannvorrichtungen sehr gering ist. Die Spannkraft wird entlang der gesamten Verbindungsnaht der beiden Bleche aufgebracht und nicht nur punktuell. Das ist vor allem für Verfahren wichtig, bei denen eine dichte Naht erzeugt werden muss. Damit kann ein sonst möglicher Wärmeverzug während der Bearbeitung wesentlich verringert werden.

Die Spanntechnik kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher Weise dem Strakverlauf des Bauteils angepaßt werden (vgl. hierzu insbesondere die Merkmale der Patentansprüche 18-20). Auf diese Weise lassen sich auch spezielle bzw. schwierige Verbindungsarbeiten an Blechen, z. B. Laserschweißen an Kehl- oder Überlappnähten, Laserschweißen/-löten an Flanschen, ohne den bei bekannten Spannvorrichtungen erforderlichen hohen technischen Aufwand realisieren.

Da die erfindungsgemäße Spannvorrichtung nur einen vergleichsweise kleinen Bauraum benötigt, wird die Zugänglichkeit an dreidimensionalen Konturen zu verbindender Bauteile, insbesondere im Hinblick auf das in derartigen Fällen angewandte sensorgestützte Laserschweißen, verbessert. Beschädigungen durch Laser- oder Wärmestrahlung beim Schweißprozess sind nicht zu befürchten.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung wartungsfrei, und der Installationsaufwand ist gering (es ist nur eine Druckleitung zu verlegen). Überdies können mehrere Module der Spannvorrichtung zu einer entsprechend größeren Gesamt-Spannvorrichtung aneinandergekoppelt werden (vgl. Patentanspruch 21). Es ist also eine Art Baukastensystem denkbar, mit dem sich aus mehreren Einzel- Spannvorrichtungen (Modulen) rasch eine geeignete Gesamt-Spannvorrichtung für jedes spezielle Bauteil zusammenstellen läßt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht, die im folgenden detailliert beschrieben sind. Es zeigt (jeweils schematisch):

Fig. 1 - in Querschnittsdarstellung - eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung im Ruhezustand,

Fig. 2 die Spannvorrichtung nach Fig. 1 in gespanntem Zustand, und

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 und 2 etwas abgewandelte Variante einer Spannvorrichtung, in Pfeilrichtung "A" (Fig. 1) betrachtet.

In Fig. 1 und 2 bezeichnen 10, 11 zwei sich überlappende, durch ein thermisches Fügeverfahren, z. B. Punktschweißen, Hartföten, Laserschweißen/-löten usw., zu verbindende Bleche, insbesondere Karosseriebleche eines Kraftfahrzeugs. Hierzu sind die - in Fig. 1 im Abstand zueinander dargestellten - Bleche 10, 11 in Anlage zueinander zu bringen und gegeneinander zu verspannen (Fig. 2), bevor die Fügeverbindung erfolgen kann. Zum Verspannen der Bleche 10, 11 dient eine - in Fig. 1 und 2 insgesamt mit 12 und in Fig. 3 insgesamt mit 12a bezifferte - Spannvorrichtung.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Spannvorrichtung 12 ein Hohlprofil auf, das durch einen Aussenrahmen 13 und ein Druckstück 14 gebildet wird. Der Aussenrahmen 13 ist als Hohlkörper mit Rechteckquerschnitt ausgebildet, wobei er sich aus drei Wänden 15, 16, 17 und einem sich an die Wand 17 anschließenden Wand-Teilstück 18 zusammensetzt. Die Wände 15-17 bzw. das Teilstück 18 können hierbei Einzelteile sein, die an den drei Kanten des Aussenrahmens 13 miteinander verschweißt sind. Alternativ hierzu kann aber der Aussenrahmen 13 auch aus einem einzigen zu einem Rechteckprofil abgekanteten Blechteil vergleichsweise großer Wandstärke bestehen. Wichtig ist in jedem Fall eine ausreichend große Wandstärke der Teile 14-18.

Das Druckstück 14 bildet einen Teil der unteren Abschlußwand des Hohlkörpers 12. Den ergänzenden Teil der unteren Abschlußwand 18 stellt ein elastisch biegsames Blechteil 19 dar, das eine geringere Wandstärke als die Wände 15-18 und als das Druckteil 14 besitzt. Das biegsame Blechteil 19 greift einerseits am Wandteil 18 des Aussenrahmens 13, andererseits am Druckstück 14 an. Es fungiert als Gelenkmittel für das Druckstück 14, um diesem, wie Fig. 2 erkennen läßt, eine Beweglichkeit in Pfeilrichtung F gegenüber dem feststehenden Aussenrahmen 13 zu ermöglichen.

Wie des weiteren aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, schließt das Druckstück 14 nicht unmittelbar dichtend mit der Wand 15 des Aussenrahmens 13 bzw. des Hohlprofils 12 ab. Vielmehr erstreckt sich zwischen Druckstück 14 und Aussenrahmen 13 ein Spalt 20, der sich bei in Pfeilrichtung F bewegtem Druckstück 14 (Fig. 2) gegenüber der Ruhestellung desselben (Fig. 1) entsprechend vergrößert. Um dennoch eine hermetische Druckmitteldichtheit des Hohlprofils 12 zu gewährleisten, ist innerhalb desselben ein faltenbalgartig ausgebildetes und dadurch in Pfeilrichtung F dehnbares Blechbauteil 21 angeordnet. Das Blechbauteil 21 ist - bei 22 - einerseits mit dem Druckstück 14 und - bei 23 - andererseits mit der (oberen) Wand 16 an deren Innenseite dichtend verbunden, z. B. verschweißt, und erstreckt sich, wie in Fig. 3 durch gestrichelte Linien angedeutet, über die gesamte Länge I des Hohlprofils 12a bzw. 12 in Fig. 1 und 2. Zugleich dient das Blechbauteil 21 als (Zug-)Federmittel zur Rückstellung des Druckstücks 14 aus dessen ausgelenkter Stellung (Fig. 2) in die Ruhestellung (Fig. 1).

Alternativ oder zusätzlich zu dem in ausgezogenen Linien dargestellten faltenbalgartigen Blechbauteil 21 könnte ein entsprechendes federndes und dichtendes Blechbauteil - in Fig. 1 und 2 gestrichtelt angedeutet und mit 24 beziffert - auch aussenseitig am Hohlprofil 12 angeordnet sein. Es könnte hierbei, wie gezeigt, einerseits aussen an der Wand 15 des Aussenrahmens 13 - bei 25 - und andererseits auf der Oberseite des Druckstücks 14 - bei 26 - befestigt sein.

Um den Spannvorgang der beiden Bleche 10, 11 einzuleiten, muß der Innendruck p des Hohlprofils 12, der im Ruhezustand der Anlage (Fig. 1) dem Umgebungsdruck entspricht, erhöht werden (p < O, siehe Fig. 2).

Hierzu ist an einer geeigneten Stelle des Hohlprofils 12 (die grundsätzlich beliebig gewählt werden kann und daher im einzelnen nicht bezeichnet ist) ein Flansch zur Einleitung des verwendeten Druckmediums (Druckluft, Hydrauliköl und dergleichen) vorzusehen. Um die Druckmitteldichtheit des Hohlprofils 12 (bzw. 12a in Figur, 3) zu gewährleisten, ist dieses auch an den seitlichen Enden durch geeignete Formstücke, die Fig. 3 schematisch als Wände angedeutet und mit 27, 28 bezeichnet sind, druckdicht verschlossen.

Die Druckerhöhung innerhalb des Hohlprofils 12 (bzw. 12a, Fig. 3) bewirkt nun eine entsprechende Auslenkung des Druckstücks 14 in Richtung auf die zu verbindenden Bleche 10, 11. Fig. 1 und 2 machen deutlich, dass das Druckstück 14 über die Konturen des Hohlprofils 12 hinausragt und in Richtung F auf die mit Spannkraft zu beaufschlagenden Bleche 10, 11 abgewinkelt ausgebildet ist. Das mit 29 bezifferte abgewinkelte Endstück des Druckstücks 14 beaufschlagt die beiden zu verbindenden Bleche 10, 11 mit einer Kraft F (siehe Fig. 2), die sich aus dem Produkt aus wirksamer Breite (b) und Länge (I, siehe Fig. 3) des Druckstücks 14, multipliziert mit dem Überdruck (p) (unter Berücksichtigung der gegebenen aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Hebelverhältnisse des Druckstücks 14) ergibt.

Da sich das untere Blech 11 auf einer geeigneten Unterlage bzw. einem entsprechenden Gegenlager abstützt, kommt das obere Blech 10 mit dem unteren Blech 11 zur Anlage (siehe Fig. 2), und die beiden Bleche 10, 11 werden über die gesamte Länge I (Fig. 3) durch die vom Druckstück 14 ausgeübte Kraft F gleichmäßig gegeneinander verspannt. Während dieses Vorgangs kann sich das vom Innendruck p beaufschlagte faltenbalgartige, dichtende und federnde Blechbauteil 21 an der Innenseite der Wand 15 des Hohlprofils 12 (bzw. Aussenrahmens 13) abstützen.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 zeichnet sich durch die Besonderheit aus, dass hier eine Anpassung der Spannvorrichtung an die Gesamtkontur (sogenannter Bauteilstrak) der zu verbindenden Bleche möglich ist. Der Bauteilstrak ist in Fig. 3 als stumpfwinkelig abgeknickte Linie angedeutet und mit 30 bezeichnet. Die Anpassung an das Bauteilstrak 30 wird durch Spannbacken 31 bewirkt, die in entsprechender Weise ausgeformt und - vorzugsweise lösbar - an dem Druckstück 14a befestigt sind. Nach Beendigung des Spannvorgangs bzw. der Verbindung der beiden Bleche 10, 11 kann der Innendruck p des Hohlprofils 12 (bzw. 12a Fig. 3) wieder auf Umgebungsniveau abgesenkt werden. Daraufhin kehrt das Druckstück 14 durch die Federwirkung des faltenbalgartigen Blechbauteils 21 wieder in seine ursprüngliche Stellung (Fig. 1) zurück, so dass das bearbeitete Bauteil (die miteinander verbundenen Bleche 10, 11) entnommen werden kann.

Claims (21)

1. Vorrichtung zum Gegeneinanderspannen von sich überlappenden Blechen (10, 11), insbesondere von durch thermische Fügeverfahren zu verbindenden Karosserieblechen von Kraftfahrzeugen, wobei sich ein erstes Blech (11) auf einer Unterlage abstützt und mindestens ein weiteres (zweites) Blech (10) durch vertikale oder im wesentlichen vertikale Kraftbeaufschlagung (F) gegen das erste Blech (11) gedrückt wird, gekennzeichnet durch ein druckmitteldichtes, mit einem Druckmedium gefülltes Hohlprofil (12, 12a) mit einem Anschluß für das Druckmedium und ein an dem Hohlprofil (12, 12a) in Richtung der auf die Bleche (10, 11) auszuübenden Kraft (F) beweglich angreifendes Druckstück (14, 14a) zur Kraftbeaufschlagung der Bleche (10, 11), das durch das Druckmedium betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück(14, 14a) einen Teil des Hohlprofils (12, 12a) bildet und mit den übrigen Wänden (15-18) des Hohlprofils durch ein dehnbares Bauteil (21, 24) nach Art eines metallischen Faltenbalgs dichtend verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (12) einen Aussenrahmen (13) hoher Festigkeit, vorzugsweise mit großer Wandstärke, aufweist und dass das bewegliche Druckstück (14)- ganz oder teilweise - eine der Wände des Hohlprofils (12) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das faltenbalgartig dehnbare und dichtende Bauteil, (21) im Inneren des Hohlprofils (12) angeordnet ist und sich bei Druckbelastung an einer der Aussenwände (15) des Hohlprofils (12) bzw. des Aussenrahmens (13) abstützt (Fig. 1 und 2).

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenrahmen (13) aus einem einzigen zu einem Rechteckprofil abgekanteten Blechteil vergleichsweise großer Wandstärke besteht (Fig. 1 und 2).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenrahmen (13) als Hohlkörper mit Rechteckquerschnitt ausgebildet ist und dass das Druckstück (14) zumindest einen Teil der unteren Wand (18, 19) des Hohlkörpers bildet (Fig. 1 und 2).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Druckstück (14) als Blechteil mit gleich oder ähnlich großer Wandstärke wie das den Aussenrahmen (13) formende Blechteil (15-18) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (14) durch Gelenkmittel (19) an dem Hohlprofil (12) angreift.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Gelenkmittel ein elastisch biegbares Blechteil (19) geringerer Wandstärke als das Druckstück (14) und als das Hohlprofil (12) dient (Fig. 1 und 2).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (12, 12a) bzw. der dieses zusammen mit dem Druckstück (14, 14a) bildende Aussenrahmen an den Enden durch Formstücke (27, 28) druckdicht verschlossen ist (Fig. 3).

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Hohlkörper (12, 12a) füllende und das Druckstück (14, 14a) beaufschlagende Druckmedium gasförmig, vorzugsweise Druckluft, ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass das den Hohlkörper (12, 12a) füllende und das Druckstück (14, 14a) beaufschlagende Druckmedium eine Flüssigkeit, vorzugsweise Hydrauliköl, ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (14) über die Konturen des Hohlprofils (12) hinausragt und in Richtung (F) auf die mit Spannkraft zu beaufschlagenden Bleche (10, 11) abgewinkelt (29) ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Druckstück (14) einerseits und an dem Hohlprofil (12) andererseits Federmittel (21, 24) zwecks Rückstellung des Druckstücks (14) in seine nicht druckbeaufschlagte Ausgangsstellung (Fig. 1) angreifen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlprofils (12) Zugfedermittel (21) angeordnet sind, die an ihrem einen Ende (bei 23) mit der oberen Wand (16) des Hohlprofils (12) bzw. Aussenrahmens (13) verbunden sind und mit ihrem anderen Ende (bei 22) an dem Druckstück (14) angreifen (Fig. 1 und 2).

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das als metallischer Faltenbalg ausgebildete dehnbare Bauteil (21, 24) zugleich als Federmittel zur Rückstellung des Druckstücks (14, 14a) (nach Druckentlastung desselben) in seine Ausgangsstellung (Fig. 1) dient.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (14) unmittelbar die zu verbindenden Bleche (10, 11) kraftbeaufschlagt (Fig. 1 und 2).

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Druckstück (14a) Spannbacken (31) befestigt sind, die unmittelbar mit den zu beaufschlagenden Blechen (30) in Wirkverbindung stehen (Fig. 3).

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (31) so geformt und/oder so an dem Druckstück (14a) angeordnet sind, dass ihre Gesamtkontur der Kontur (Bauteilstrak 30) der zu beaufschlagenden Bleche entspricht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (31) lösbar an dem Druckstück (14a) befestigt sind.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlprofile (12, 12a), inklusive Druckstücke (14, 14a) modulartig bzw. nach Art eines Baukastensystems zu einer entsprechend größeren Spannvorrichtung aneinanderkoppelbar sind.