DE10039593A1 - Verfahren und Spannrahmen zum Fügen mehrerer Bauteil-Einzelteile zu einem komplexen zusammengesetzten Bauteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenweisen Fügen mehrerer Bauteil-Einzelteile zu einem komplexen zusammengesetzten Bauteil. Um eine möglichst hohe Genauigkeit des fertigen Bauteils zu erreichen, werden die Einzelteile während des stufenweisen Fügeprozesses so zueinander positioniert und fixiert, daß kein Umspannen des Zwischenbauteils zwischen den einzelnen Fügestufen notwendig ist. Hierzu wird ein Spannrahmen verwendet, der zunächst mit einigen Spannelementen bestückt wird, in die ein erster Satz von Bauteil-Einzelelemente eingelegt wird, welche miteinander zu einem Zwischenbauteil gefügt werdn. Im zweiten Schritt wird der Spannrahmen mit weiteren Spannelementen bestückt, in welche die ihnen entsprechenden Bauteil-Einzelelemente eingelegt sind, und diese weiteren Bauteil-Einzelelementen werden in einem weiteren Fügeschritt mit dem Zwischenbauteil zum fertigen Bauteil gefügt werden. Zur Aufnahme und Fixierung der weiteren Spannelemente auf dem Spannrahmen sind Dockingstationen vorgesehen, welche eine reproduzierbare Positionierung und Ausrichtung der Spannelemente auf dem Spannrahmen sicherstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen mehrerer Bau­ teil-Einzelteile zu einem komplexen zusammengesetzten Bauteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Spannrahmen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Fügen mehrerer Bauteil-Einzelteile zu einem zusammenge­ setzten Bauteil, z. B. mit Hilfe eines Schweißverfahrens, werden die Einzelteile zunächst in Zusammenbaulage zueinander fixiert und dann miteinander verbunden. Zum Fixieren der Einzelteile wird ein Spannrahmen verwendet, welcher mehrere Spannelemente aufweist, mit Hilfe derer die Einzelteile in definierter Raum­ lage eingespannt werden. Die Spannelemente in Verbindung mit dem Spannrahmen erfüllen hierbei einerseits eine Positionier­ aufgabe, indem sie die zu verbindenden Einzelteile in Relativ­ lage zueinander exakt ausrichten, andererseits erfüllen sie eine Fixieraufgabe, indem sie die zu verbindenden Einzelteile in festem Kontakt miteinander halten.

Wenn das auf diese Weise zu fügende Bauteil aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht, so ist es oftmals schwierig, die zur Fixierung dieser Einzelteile notwendigen Spannelemente gemein­ sam so auf dem Spannrahmen anzuordnen, daß sie sich gegenseitig nicht beeinträchtigen und die räumliche Zugänglichkeit der Fü­ gevorrichtung, z. B. des Schweißroboters, nicht allzu stark be­ einträchtigen. Zur Lösung dieser Problematik schlägt die DE 35 36 015 C2 für den Anwendungsfall des Fügens einer Karosserie vor, die Spannelemente und die Schweißroboter in unterschiedli­ cher Höhe in bezug auf den Spannrahmen anzuordnen, indem z. B. die Spannelemente hängend am Spannrahmen befestigt sind, wäh­ rend die Schweißroboter auf dem Boden der Montageebene stehen. Während diese Anordnung im Fall des Fügens einer Fahrzeugkaros­ serie eine gegenseitige Beeinträchtigung der Spannelemente und der Schweißrobotern verhindert, eignet sie sich nur für solche Einsatzfälle, in denen keine direkte Überlappung der Schweißro­ boter mit den Spannelementen auftritt; somit eignet sie sich vornehmlich zum schnellen Zusammenheften von Einzelteilen, die in einem weiteren Prozeßschritt - nun ohne Spannelemente - fest miteinander verbunden werden. Weiterhin ist das Verfahren nicht anwendbar, wenn die zu fügenden Einzelteile in Zusammenbaulage in den Fügebereichen Überlappungen und/oder Hinterschneidungen aufweisen, so daß die Zugänglichkeit der Fügevorrichtung in die Fügebereiche durch die Spannelemente oder durch andere Einzel­ teile behindert ist.

Das Fügen zusammengesetzter Bauteile mit Überlappungen und/oder Hinterschneidungen erfolgt herkömmlicherweise in einem mehrstu­ figen Verfahren unter Verwendung mehrerer Spannrahmen: Zunächst werden einige der Einzelteile mittels Spannelementen auf einem ersten Spannrahmen befestigt und verschweißt. Das hierbei ent­ stehende Zwischenteil wird in einen zweiten Spannrahmen trans­ feriert, welcher mit weiteren in Spannelementen gehaltenen Ein­ zelelementen bestückt wird, und wird dort mit diesen weiteren Einzelelementen verschweißt. Je nach Komplexität des Bauteils sind mehrere Schweißstufen und somit mehrere Spannrahmen benö­ tigt; dies ist sehr kostenintensiv, da jeder Spannrahmen eine hohe Investition darstellt. Weiterhin führt das mehrmalige Um­ spannen des Zwischenteils von Spannrahmen zu Spannrahmen zu Un­ genauigkeiten in dem zu fertigenden Bauteil und ist daher nicht geeignet für hochgenau zu fügende zusammengesetzte Bauteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengün­ stiges Verfahren vorzuschlagen, mit Hilfe dessen mehrere Ein­ zelteile, aus denen ein komplexes zusammengesetztes Bauteil ge­ fügt werden soll, während des Fügeprozesses relativ zueinander positioniert und fixiert werden können, ohne daß ein mehrmali­ ges Umspannen notwendig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprü­ che 1 und 7 gelöst.

Danach erfolgt das Fügen der Einzelelemente zu einem zusammen­ gesetzten Bauteil unter Verwendung eines einzigen Spannrahmens in mehreren Prozeßschritten, in denen stufenweise zusätzliche, mit Einzelelementen bestückte Spannelemente an definierten Po­ sitionen des Spannrahmens befestigt werden und diese zusätzli­ chen Einzelelemente dann mit den bereits vorhandenen Einzelele­ menten gefügt werden: Im ersten Schritt enthält der Spannrahmen nur einige Spannelemente mit darin fixierten Bauteil- Einzelelemente. Diese Bauteil-Einzelelemente sind so gewählt und die dazugehörigen Spannelemente so gestaltet, daß die Füge­ bereiche zwischen diesen Einzelelementen für die Fügevorrich­ tung gut zugänglich sind und diese Einzelelemente somit entlang der Fügebereiche miteinander verbunden werden können. Nach dem Fügen dieses ersten Satzes von Einzelelementen zu einem Zwi­ schenbauteil wird der Spannrahmen nun mit zusätzlichen Bauteil- Einzelelementen bestückt, welche in weiteren Spannelementen fi­ xiert sind. Zur Aufnahme dieser weiteren Spannelemente sind auf der Spannvorrichtung Dockingstationen vorgesehen, in die die Spannelemente in definierter Raumlage reproduzierbar einge­ spannt werden können. Die weiteren Spannelemente sind so ge­ staltet und die Position der Dockingstationen so gewählt, daß die Fügebereiche zwischen den zusätzlichen Bauteil- Einzelelementen und dem Zwischenbauteil für die Fügevorrichtung gut zugänglich sind und diese Bauteil-Einzelelemente nun mit dem Zwischenbauteil verbunden werden können. Je nach Komplexi­ tät des Bauteils sind anschließend noch weitere Prozeßschritte notwendig, im Zuge derer weitere, mit Bauteil-Einzelelementen bestückte Spannelemente in definierte Dockingstationen einge­ setzt werden und diese Einzelelemente dann mit dem Zwischenbau­ teil gefügt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet das mehrstufige Fügen mehrerer Bauteil-Einzelelemente zu einem komplexen Bauteil, wo­ bei nur ein einziger Spannrahmen verwendet wird, auf den die Einzelelemente sukzessive festgespannt und mit den restlichen Einzelelementen gefügt werden. Durch den Wegfall des Umspannens des halbfertigen Zwischenbauteils kann die Maßgenauigkeit des dabei hergestellten Bauteils erheblich erhöht werden. Weiterhin bedeutet der Wegfall zusätzlicher Spannrahmen eine große Ko­ stenersparnis.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, auf thermische Verzüge und Maßänderungen während des Fügepro­ zesses schnell und flexibel reagieren zu können: So kann z. B. ohne großen Aufwand die Reihenfolge der Fügeoperationen geän­ dert werden, indem die Reihenfolge der Dockingschritte umge­ stellt wird; eine solche Änderung kann schnell und kostengün­ stig vorgenommen werden, da hierzu keinerlei konstruktive Ände­ rungen am Spannrahmen notwendig sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Maßabstimmungen und Korrekturen an Einzelkomponen­ ten vorzunehmen, so daß lokale Änderungen rasch und losgelöst vom Gesamtkonzept möglich sind.

Bei besonders komplexen, aus vielen Einzelteilen zusammenzufü­ genden Bauteilen können bei einem mehrstufigen Fügeverfahren der oben beschriebenen Art aufgrund der vielen, zur Fixierung der Einzelteile benötigten Spannelemente Zugänglichkeitsproble­ me für die Fügevorrichtung auftreten: So kann es z. B. vorkom­ men, daß einige Spannelemente den Fügebereich so nah umgeben, daß ein Schweißbrenner nicht entlang derjenigen Schweißbahn ge­ führt werden kann, die für die Erreichung eines guten Schwei­ ßergebnisses zweckmäßig wäre. In solchen Fällen empfiehlt es sich, vor dem Zufügen zusätzlicher, in Spannelementen befestig­ ter Einzelteile zunächst einige der im vorhergehenden Prozeß­ schritt benötigten Spannelementen zu entfernen (siehe Anspruch 2). Die dabei freiwerdenden Dockingstationen können weiterhin für die Fixierung der im nächsten Schritt zu befestigenden Spannelemente verwendet werden.

Zum Einsatz des Verfahrens in der Großserienfertigung ist es zweckmäßig, die Spannelemente mit Hilfe eines Industrieroboters automatisiert in die Dockingstationen des Spannrahmens einzu­ setzen bzw. nach Entnahme des fertigen Bauteils die Spannele­ mente mit Hilfe eines Industrieroboters aus den Dockingstatio­ nen zu lösen (siehe Anspruch 3). Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Bestückung der Spannelemente mit Bauteil- Einzelelementen mit Hilfe eines Industrieroboters durchzuführen (siehe Anspruch 4).

Besondere Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren bei der hochgenauen Herstellung komplexer Bauteile aus Aluminium, insbesondere aus Aluminiumblech, die mit Hilfe eines Schweiß­ verfahrens aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden sollen (siehe Anspruch 5). Beim Schweißen von Aluminium muß zur Erzielung einer guten Schweißverbindung der Anstellwinkel des Schweißbrenners in engen Grenzen liegen, und die Vorschubrich­ tung des Schweißbrenners muß sehr genau eingehalten werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die Zugänglichkeit des Füge­ bereichs. Hier bietet das erfindungsgemäße Verfahren große Vor­ teile, da einerseits das schrittweise Zufügen weiterer Span­ nelemente mit zusätzlichen Einzelelementen, andererseits das Entfernen nicht mehr benötigter Spannelemente sicherstellt, daß in jedem Prozeßschritt ein größtmöglicher Freiraum für die Füh­ rung des Schweißbrenners geschaffen werden kann.

Weiterhin ist das Verfahren besonders gut geeignet für Klebean­ wendungen, da die großen räumlichen Ausmaße des Klebkopfes ei­ ner Klebevorrichtung hohe Anforderungen an eine gute Zugäng­ lichkeit stellen (siehe Anspruch 6).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Gesamtanlage zum Fügen eines Bauteils, bestehend aus einer Einlegestation und ei­ ner Fügestation;

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Spannrahmen beim Fügen mehre­ rer Einzelelemente zu einer Fahrzeug-Hinterachse:
Fig. 2a der Spannrahmen mit Dockingstationen und Spannele­ menten vor der Bestückung mit den Einzelelementen;
Fig. 2b der Spannrahmen mit eingelegten Einzelelementen;
Fig. 2c zusätzliche Spannelemente mit darauf montierten zu­ sätzlichen Einzelelementen;
Fig. 2d der Spannrahmen mit daran befestigten zusätzlichen Spannelementen und zusätzlichen Einzelelementen;

Fig. 3 der Spannrahmen der Fig. 2 mit Dockingstationen an­ statt Spannelementen.

Fig. 1 zeigt eine Anlage 1 zum Fügen eines komplexen zusammen­ gesetzten Bauteils 2, das in einer Fügestation 3 mit Hilfe ei­ ner Fügevorrichtung 4 aus mehreren Einzelelementen 5 zusammen­ gefügt wird. Die Anlage 1 umfaßt weiterhin eine Einlegestation 6, in der ein Spannrahmen 7 mit den zu fügenden Einzelelementen 5 bestückt wird. Die Einzelelemente 5 werden dabei durch Spann­ elemente 8 auf dem Spannrahmen 7 in Zusammenbaulage relativ zueinander positioniert und fixiert. Der bestückte Spannrahmen 7 wird dann mit Hilfe einer Transporteinrichtung in Form eines Manipulators 9, insbesondere eines Industrieroboters, in die Fügestation 3 transferiert. In der Fügestation 3 werden die aufgespannten Einzelelemente 5 mit Hilfe der Fügevorrichtung 4 zu einem Zwischenbauteil 10 verbunden. Anschließend wird der Spannrahmen 7 mit Hilfe des Manipulators 9 (vorzugsweise eines Industrieroboters, alternativ einer Portal- und/oder Hebeein­ heit) zur Einlegestation 6 zurücktransferiert, wo er mit weite­ ren Einzelelementen 11 bestückt wird, welche in zusätzlichen Spannelementen 12 eingespannt sind. Zur Aufnahme dieser zusätz­ lichen Spannelemente 12 sind auf dem Spannrahmen 7 Dockingsta­ tionen 13 vorgesehen, in denen diese zusätzlichen Spannelemente 12 in hochgenau reproduzierbarer Lage eingeklinkt werden kön­ nen. Um eine reproduzierbare Positionierung der zusätzlichen Spannelemente 12 sicherzustellen, umfassen die Dockingstationen 13 zweckmäßigerweise Kegelelemente, in die die zusätzlichen Spannelemente 12 eingerastet und pneumatisch, hydraulisch oder mit Hilfe von Sperrklinken fixiert werden. Nach der Bestückung des Spannrahmens 7 mit diesen zusätzlichen Spannelementen 12 und den in ihnen fixierten zusätzlichen Einzelelementen 11 wird der Spannrahmen 7 wiederum in die Fügestation 3 transferiert, in der die zusätzlichen Einzelelemente 11 mit dem Zwischenbauteil 10 verbunden werden.

Als Spezialfall des oben skizzierten Verfahrens soll in Fig. 2a bis 2d der Zusammenbau einer Hinterachse 14 betrachtet wer­ den, welche aus mehreren Einzelelementen 5, 11 aus Aluminium­ blech zusammengeschweißt werden soll. Hierzu wird ein Spannrah­ men 7 verwendet, welcher zu Beginn des ersten Montageschritts mehrere Spannelemente 8 und zusätzlich vier Dockingstationen 13 aufweist, die zunächst leer bleiben. Fig. 2a zeigt diesen Spannrahmen 7 in Aufsicht. Der Spannrahmen 7 wird in der Einle­ gestation 6 von Bedienungspersonen mit ausgewählten Einzelele­ menten 5 des Teilesatzes zur Herstellung der Hinterachse 14 be­ laden (in diesem Fall mit zwei Seitenteilen 15, einer Querbrüc­ ke 16, sowie einigen zusätzlichen Anbauteilen 17). Diese Einzel­ elemente 15, 16, 17 (die in Fig. 2b bis 2d schraffiert darge­ stellt sind) werden in eine der Fügeposition entsp rechende Raumlage gebracht und mit Hilfe der Spannelemente 8 in dieser Position an dem Spannrahmen 7 festgespannt.

Der so bestückte Spannrahmen 7 wird mit Hilfe des Manipulators 9 zur Fügestation 3 transportiert, in der der fixierte Teile­ satz der Einzelelemente 15, 16, 17 miteinander verschweißt wird. Hierzu wird der Schweißbrenner eines Schweißroboters 18 entlang vorher einprogrammierter Schweißbahnen über Fügebereiche auf den gegenseitig zueinander verspannten Einzelelementen 15, 16, 17 geführt. Fig. 2b zeigt schraffiert das dabei entstandene Zwi­ schenbauteil 10; die in der Fügestation 3 erzeugten Schweißnäh­ te 19 sind als fett ausgezeichnete Linien dargestellt.

Nach erfolgter Schweißung wird mit Hilfe des Manipulators 9 der Spannrahmen 7 mit Zwischenbauteil 10 aus der Fügestation 3 ent­ nommen und wiederum der Einlegestation 6 zugeführt. Hier belädt die Bedienungsmannschaft den Spannrahmen 7 mit weiteren, in Zu­ satz-Spannelementen 12 eingespannten Einzelelementen 11 aus dem Hinterachs-Teilesatz; Fig. 2c zeigt diese mit den zusätzlichen Einzelelementen 11 beladenen Zusatz-Spannelemente 12, wobei die zusätzlichen Einzelelemente 11 schraffiert dargestellt sind. Jedes Zusatz-Spannelement 12 wird von der Bedienmannschaft in vordefinierter Lage in die jeweilige dafür vorgesehene Docking­ station 13 eingeklinkt (siehe Fig. 2d), und der so bestückte Spannrahmen 7 wird wiederum der Fügestation 3 zugeführt, wo die zusätzlichen Einzelelemente 11 mit dem Zwischenbauteil 10 ver­ schweißt werden; die dabei entstehenden Schweißnähte 19' sind in Fig. 2d als gestrichelte fett ausgezogene Linien darge­ stellt. Danach wird die Fixierung der Spannelemente 8, 11 ge­ löst, und die fertige Hinterachse 14 wird aus dem Spannrahmen 7 entnommen. Die in die Dockingstationen 13 eingerasteten Zusatz- Spannelemente 12 werden ebenfalls aus dem Spannrahmen 7 ent­ fernt, mit neuen Zusatz-Einzelelementen 11 bestückt und für die Herstellung einer weiteren Hinterachse 14 bereitgestellt. Der leere Spannrahmen 7 wird durch den Manipulator 9 in seine Aus­ gangsstellung zurücktransportiert und dort erneut mit Seiten­ teilen 15, einer Querbrücke 16 sowie den zusätzlichen Anbautei­ len 17 beladen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein zweistufiger Füge­ prozeß unumgänglich: Der Leichtbau-Werkstoff Aluminium, aus dem die Einzelteile 15, 16, 17, 11 bestehen, stellt nämlich - im Ver­ gleich zum Schweißen von Stahl - besonders hohe Anforderungen an die Schweißtechnik; so muß beim Anbringen einer Schweißnaht 19, 19' zwischen zwei Einzelelementen 15, 16, 17, 11 beispielsweise der Anstellwinkel des Schweißbrenners innerhalb eines eng be­ grenzten Winkelbereichs gehalten werden, um ein gutes Schweiß­ ergebnis zu erreichen. Um diese Winkelstellung entlang der ge­ samten Naht 19, 19' sicherstellen zu können, muß während des Schweißprozesses eine gute Zugänglichkeit des Schweißbrenners in den Nahtbereichen gewährleistet sein, und diese Zugänglich­ keit in diesen Bereichen darf nicht durch "störende" Einzelele­ mente 11 bzw. Spannelemente 12 beeinträchtigt sein. Somit müs­ sen alle Einzelelemente 11, welche diese Forderung nicht erfül­ len, zunächst entfernt werden, damit in einem ersten Prozeß­ schritt die in diesen Bereichen befindlichen Schweißnähte 19 ungehindert angebracht werden können. In einem zweiten Prozeß­ schritt werden dann die "störenden" Einzelelemente 11 entlang der Schweißnähte 19' mit dem im ersten Prozeßschritt erzeugten Zwischenbauteil 10 verschweißt.

Wurde bisher ein zweistufiges Fügeverfahren beschrieben, in dem in einem ersten Fügeschritt ein Zwischenbauteil 10 hergestellt wurde, das in einem zweiten Fügeschritt durch Anschweißen wei­ terer Einzelelemente 11 zum fertigen Bauteil 2 vervollständigt wurde, so kann es - insbesondere bei sehr komplexen Bauteilen 2 mit vielen Hinterschneidungen - sinnvoll sein, die zusätzlichen Einzelelemente 11 schrittweise in mehreren separaten zusätzli­ chen Fügeschritten an das Zwischenbauteil 10 anzufügen. In die­ sem Fall wird der Spannrahmen 7 mehrfach zwischen Einlegestati­ on 6 und Fügestation 3 hin- und hertransferiert. In der Einle­ gestation 6 wird der Spannrahmen 7 in jedem Montageschritt je­ weils um neue zusätzliche Einzelelemente 11 ergänzt, die in die zugehörigen Spannelemente 12 eingespannt sind und durch Ein­ klinken der Spannelemente 12 in die entsprechenden Dockingsta­ tionen 13 gegenüber dem Zwischenbauteil 10 fixiert werden; in der Fügestation 3 werden diese zusätzlichen Einzelelemente 11 dann mit dem Zwischenbauteil 10 gefügt.

Bei komplexen zusammengesetzten Bauteilen 2 kann es - insbeson­ dere dann, wenn zum Zusammenbau ein drei- oder mehrstufiger Fü­ geprozeß vonnöten ist - vorkommen, daß ein in einem früheren Fügeschritt benötigtes Spannelement 8, 12 in einem späteren Fü­ geschritt die Montage eines weiteren Einzelelements 11' in sei­ nem Spannelement 12' oder das Fügen dieses weiteren Einzelele­ ments 11' räumlich behindert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, das betreffende "störende" Spannelement 8, 12 zu entfernen, be­ vor das weitere Einzelelement 11' auf dem Spannrahmen 7 befe­ stigt wird; das hat den zusätzlichen Vorteil, daß eine bei der Entnahme des "störenden" Spannelements 8, 12 eventuell freiwer­ dende Dockingstation 13 zur Befestigung dieses (oder eines wei­ teren) Spannelements 12' genutzt werden kann. Alternativ kann das "störende" Spannelement 8, 12 mit einer Schwenkvorrichtung versehen sein, die ein Hinausschwenken dieses Spannelements 8, 12 aus dem kritischen Bereich ermöglicht. Natürlich muß dabei jedoch in jeder der beiden Alternativen sicherstellt sein, daß das Zwischenbauteil 10 - trotz Entfernen des betroffenen "stö­ renden" Spannelements 8, 12 - sicher auf dem Spannrahmen 7 fi­ xiert bleibt.

Weiterhin läßt sich die Variabilität und die Wiederverwendbar­ keit des Spannrahmens 7 erheblich erhöhen, wenn die nicht nur die Zusatz-Spannelemente 12, sondern auch die ursprünglich vor­ gesehenen Spannelemente 8 über Dockingstationen 13, 13' am Spannrahmen 7 befestigt sind. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines solchen Spannrahmens 7 für die Hinterachse 14 der Fig. 2a-2d, der eine Vielzahl von Dockingstationen 13, 13' aufweist. Bei Änderungen des zu verschweißenden Bauteils 2 brauchen in einem solchen Fall lediglich die entsprechenden Spannelemente 8, 12 ausgewechselt zu werden, während der Spannrahmen 7 weiterhin unverändert benutzt werden kann; somit kann ein und derselbe Spannrahmen 7 insbesondere zur Herstellung von Hinterachsen 14 unterschiedlicher Varianten und Baureihen verwendet werden.

Um eine hochgenaue Positionierung der Schweißbahnen sicherzu­ stellen, kann der Spannrahmen 7 zusätzlich mit (in den Figuren nicht gezeigten) Sensoren versehen sein, deren Signal zur hoch­ genauen Führung des Schweißroboters 18 genutzt wird.

Wurde bisher eine manuelle Bestückung des Spannrahmens 7 mit Einzelelementen 15, 16, 17, 11 beschrieben, bei der eine Montage­ mannschaft die Einzelelemente 5 in die Spannelemente 8 des Spannrahmens 7 einlegt und fixiert bzw. die mit Zusatz- Einzelelementen 11 bestückten Zusatz-Spannelemente 12 manuell in die Dockingstationen 13 einklinkt, so kann sowohl die Be­ stückung des Spannrahmens 7 mit Seitenteilen 15, Querbrücke 16 und Anbauteilen 17 im ersten Montageschritt als auch die Be­ stückungen der zusätzlichen Spannelemente 12 mit Zusatz- Einzelelementen 11 alternativ auch automatisch mit Hilfe eines Industrieroboters erfolgen. Weiterhin kann auch das Zuführen und Einklinken der mit den zusätzlichen Einzelelementen 11 ver­ sehenen Zusatz-Spannelemente 12 in die Dockingstationen 13 des Spannrahmens 7 im zweiten Montageschritt automatisch mit Hilfe eines Industrieroboters erfolgen.

Die Auslegung der Spannrahmen 7 mit den entsprechenden Docking­ stationen 13, 13' und Spannelementen 8, 12, 12' und die detail­ lierte Ablaufplanung der aufeinanderfolgenden Montage- und Fü­ geschritte stellt - insbesondere bei mehrstufigen Fügeprozessen zum Zusammenbau komplexer Bauteile 2 - eine äußerst komplizier­ te Planungsaufgabe dar, die vorzugsweise mit Hilfe eines CAD- Systems gelöst wird, welches sowohl eine Simulation der einzel­ nen Montage- und Fügeschritte als auch eine vollständige Kolli­ sionsbetrachtung ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Fügeverfahren eignet sich zur Herstellung beliebiger zusammengesetzter Bauteile 2, die aufgrund des ge­ wählten Fügeverfahrens und/oder der Raumlage der Fügebereiche mehrstufig, d. h. in mehreren Fügeschritten, aus Einzelteilen zusammengefügt werden müssen. Da das Zwischenbauteil 10 während des gesamten Verfahrens auf demselben Spannrahmen 7 verbleibt, also nicht umgespannt zu werden braucht, eignet sich das Ver­ fahren insbesondere für diejenigen Einsatzfälle, in denen sehr hohe Anforderungen bezüglich der Genauigkeit des fertigen Bau­ teils 2 gestellt werden. So können durch die in Fig. 2a-2d dargestellten Schritte zur Herstellung einer Hinterachse 14 die fügebedingten Toleranzen an der Hinterachse 14 auf 0.3 mm redu­ ziert werden - eine erhebliche Maßhaltigkeitsverbesserung ge­ genüber dem herkömmlichen Fügeverfahren, bei dem die Hinterach­ se 14 durch mehrfaches Umspannen auf unterschiedliche Spannrah­ men hergestellt wurde, und bei dem die Toleranzen der fertig gefügten Hinterachse 14 bei etwa 1 mm lagen. Weiterhin wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur noch ein einzi­ ger Spannrahmen 7 zur Fixierung der Hinterachse 14 während des Fügens benötigt, was erhebliche Kostenvorteile mit sich bringt. Beispiele für weitere Anwendungen des Verfahrens im Fahrzeugbau sind die Herstellungen von Rahmenkonstruktionen und Karosserie­ komponenten, wie z. B. Integralträgern, Instrumententrägern, und A-, B- und C-Säulen.

Neben der oben beschriebenen Anwendung auf Schweißanwendungen, insbesondere für das Schweißen von Aluminiumblechen, bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch für Klebeanwendungen große Vor­ teile: Da im Großserieneinsatz die Klebstoffraupen mittels sehr voluminöser Auftragsvorrichtungen aufgebracht werden, müssen die Fügebereiche der zu verklebenden Bauteile in Zusammenbaula­ ge weitgehend frei von Spannvorrichtungen 12 und überlappenden Zusatz-Einzelelementen 11 sein, um eine gute Zugänglichkeit der Auftragsvorrichtung zu gewährleisten. Auch hier empfiehlt es sich, zum Fügen komplexer Bauteile 2 die Einzelteile 5, 11 schrittweise miteinander zu verkleben, wobei das Zwischenbau­ teil 10 während aller Einzelschritte fest auf dem Spannrahmen 7 verbleibt und die Zusatz-Einzelelemente 11 in aufeinanderfol­ genden Montageschritten mit Hilfe von Spannelementen 12 gegen­ über dem Zwischenbauteil 10 fixiert und verklebt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Fügen mehrerer Bauteil-Einzelelemente zu einem komplexen zusammengesetzten Bauteil,
wobei die Bauteil-Einzelelemente in einer vorgegebenen räumlichen Ausrichtung in Spannelemente eingelegt werden, die der Geometrie des entsprechenden Bauteil- Einzelelements angepaßt sind,
wobei die in den Spannelementen fixierten Bauteil- Einzelelemente mit Hilfe eines die Spannelemente aufneh­ menden Spannrahmens relativ zueinander positioniert wer­ den,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannrahmen (7) zunächst mit einigen Spannelemen­ ten (8) bestückt wird, in die die ihnen entsprechenden Bauteil-Einzelelemente (5) eingelegt werden,
daß diese Bauteil-Einzelelemente (5) in einem ersten Füge­ schritt miteinander zu einem Zwischenbauteil (10) gefügt werden,
daß der Spannrahmen (7) dann mit weiteren Spannelementen (12) bestückt wird, in welche die ihnen entsprechenden Bauteil-Einzelelemente (11) eingelegt sind,
und daß diese Bauteil-Einzelelemente (11) schließlich in einem weiteren Fügeschritt mit dem Zwischenbauteil (10) zum fertigen Bauteil (2) gefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige der zunächst vorgesehenen Spannelemente (8, 12) vom Spannrahmen (7) entfernt werden, bevor der Spannrahmen (7) mit weiteren Spannelementen (12') bestückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung des Spannrahmens (7) mit Spannelementen (12, 12')automatisiert mit Hilfe eines Industrieroboters er­ folgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung der Spannelemente (8, 12, 12') mit Bauteil- Einzelelementen (5, 11, 11') automatisiert mit Hilfe eines In­ dustrieroboters erfolgt.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Fügen mehrerer Bauteil-Einzelelemente (5, 11) aus Aluminium mit Hilfe eines Schweißverfahrens ver­ wendet wird.

6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Fügen mehrerer Bauteil-Einzelelemente (5, 11) mit Hilfe eines Klebeverfahrens verwendet wird.

7. Spannrahmen zum Fixieren mehrerer zu einem komplexen Bauteil zu fügender Bauteil-Einzelelemente,
wobei der Spannrahmen Spannelemente aufweist, mit Hilfe derer Bauteil-Einzelelemente in einer vorgegebenen räumli­ chen Ausrichtung positionierbar und fixierbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannrahmen (7) weiterhin Dockingstationen (13, 13') zur lösbaren Anbindung weiterer Spannelemente (12, 12') aufweist,
wobei die Dockingstationen (13, 13') eine reproduzierbare räumlichen Ausrichtung der Spannelemente (12, 12') auf dem Spannrahmen (7) sicherstellen.