DE10107226A1 - Verfahren zum lösbaren Verbinden zweier Module einer Kraftfahrzeugkarosserie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lösbaren Verbinden zweier toleranzbehafteter Kraftfahrzeugmodule. Zum Ausgleich der Toleranzen in der Geometrie der zu verbindenden Module wird vorgeschlagen, die Module im fertig montierten Zustand mit Halterungselementen zu versehen, die hochgenau relativ zu einem Referenzpunkt bzw. einem Referenzkoordinatensystem auf den Modulen befestigt werden. Die Montage der Module zu einer Karosserie erfolgt dann mit Hilfe von Befestigungsmitteln, die jeweils gegenüberliegende Halterungselemente miteinander verbinden. Um eine möglichst steife und feste Verbindung der Module sicherzustellen, wird der Verbindungsbereich vorzugsweise als Doppelbleche ausgestaltet, in die kastenförmig gestaltete Halterungselemente eingeschoben werden und mit deren Wänden die Halterungselemente z. B. mittels Punktschweißen verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lösbaren Verbinden zweier Kraftfahrzeugkomponenten sowie eine Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei lösbar miteinander verbundenen Karosseriekomponenten.

Auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaus werden zunehmend einzelne Funktionseinheiten zu Systemen, sogenannten Modulen, zusammen­ gefaßt, die als Ganzes bei der Endmontage des Kraftfahrzeugs montiert werden. Jedes Modul wird hierzu komplett vorgefertigt und lackiert und dann in einer optimierten Reihenfolge mit an­ deren Modulen zusammengefügt, wobei ausschließlich Verbindungen zwischen den Modulen herzustellen sind. Beispiele für Montage­ verfahren mit einer solchen Modultechnik sind z. B. aus der DE 44 45 381 A1, der EP 512 576 A1 und der DE 196 06 779 A1 be­ kannt.

Aufgrund des komplexen Zusammenbaus der Module aus toleranzbe­ hafteten Einzelteilen und Funktionseinheiten weisen die Module geometrische Ungenauigkeiten auf. Diese Ungenauigkeiten müssen beim Zusammenbau unterschiedlicher Module berücksichtigt wer­ den, um eine einwandfreie Funktionsweise und ein hochwertiges Erscheinungsbild des fertigen Fahrzeugs sicherzustellen. Gleich­ zeitig sollen die Module lösbar miteinander verbunden werden, um im Fall von Reparaturen ein schnelles und einfaches Trennen der Module zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum lösbaren Verbinden zweier Karosseriekomponenten ("Modulen") bereitzustellen, mit Hilfe dessen die Toleranzen in der Geomet­ rie der zu verbindenden Module ausgeglichen werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Danach werden die zu verbindenden Karosseriekomponenten (Modu­ le) im gegenseitigen Verbindungsbereich mit Halterungselementen versehen, die lagegenau in bezug auf ein Referenzsystem an der jeweiligen Karosseriekomponente befestigt werden. Die Halte­ rungselemente werden erst kurz vor dem Zusammenbau in das fer­ tig montierte Modul eingebracht. Dies hat den Vorteil, daß bei der Positionierung der Halterungselemente die aktuelle geomet­ rische Gestalt des Moduls in vollem Maße berücksichtigt werden kann. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren dar, bei denen die Module während des Rohbaus mit Halterungen versehen werden, welche dann vor dem endgültigen Zusammensetzen der Module an die Halterungen des Partnermoduls angepaßt werden müssen. Somit entfällt bei Verwendung des er­ findungsgemäßen Verfahrens im Rahmen der Endmontage eine spa­ nende Bearbeitung der Verbindungsbereiche der Module. Werden nämlich die Halterungselemente - dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren entsprechend - lagegenau an den fertig montierten und be­ stückten Modulen befestigt, so wird beim Befestigen der Halte­ rungselemente die aktuelle Geometrie des vorliegenden Moduls in vollem Maße berücksichtigt. Dies führt einerseits zu einer be­ sonders hohen Genauigkeit beim Zusammenfügen der Module, ande­ rerseits zum Wegfall der Anpassungs- bzw. Nacharbeit der Modu­ le.

Zweckmäßigerweise werden die Halterungselemente mit Hilfe eines Schweißverfahrens, vorzugsweise durch Punktschweißen, an den Modulen befestigt (siehe Anspruch 2). Das Punktschweißen ist auf ein breites Spektrum von Blechen (und insbesondere auch auf oberflächenvergütete Bleche) anwendbar und wird in der Kraft­ fahrzeugmontage großflächig als Fügeverfahren eingesetzt. Somit werden bei Einsatz des Punktschweißens keine zusätzlichen Fügeverfahren und -apparaturen benötigt. Alternativ können die Hal­ terungselemente auch mittels anderer Schweißverfahren oder durch Verschrauben, Kleben, Nieten etc. mit den Modulen verbun­ den werden.

Die Befestigung der Halterungselemente an einem ausgewählten Modul erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe einer Bestückungsvor­ richtung, in die die Halterungselemente in einer vorgegebenen Raumlage eingelegt werden, welche der gewünschten lagegenauen Positionierung der Halterungselemente auf dem Modul entspricht (siehe Anspruch 3). Die Bestückungsvorrichtung ist mit einem Anschlagselement versehen, das eine reproduzierbare Positionie­ rung der Bestückungsvorrichtung gegenüber einem ausgewählten Referenzpunkt (bzw. ausgewählten Referenzpunkten) auf dem Modul ermöglicht. In dieser Relativlage der Bestückungsvorrichtung gegenüber dem Modul befinden sich die Halterungselemente an den gewünschten Positionen im Verbindungsbereich des Moduls und werden an diesem befestigt.

Ist jedes der Module mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den erforderlichen Halterungselementen versehen worden, so können die Module zu einer Baueinheit verbunden werden, indem die Halterungselemente des ersten Moduls mit Hilfe von Befesti­ gungsmitteln mit den Halterungselementen des zweiten Moduls verbunden werden (siehe Anspruch 4). Da die Halterungselemente auf beiden Modulen jeweils hochgenau in einer reproduzierbaren und aufeinander abgestimmten Weise befestigt sind, wird dabei eine Baueinheit erzeugt, in der die Toleranzen der Einzelmodule ausgeglichen sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Modu­ le im gegenseitigen Verbindungsbereich Doppelbleche auf. Die Halterungselemente sind kastenförmig ausgestaltet und haben ei­ ne Breite, die dem Abstand der Doppelbleche im Verbindungsbe­ reich angepaßt ist (siehe Anspruch 5). Zur lagegenauen Befesti­ gung der Halterungselemente an den Modulen werden die Halte­ rungselemente in den durch die Doppelbleche gebildeten Innenraum hineingeschoben und werden dort gegenüber den Modulen fi­ xiert, indem die gegenüberliegende Seiten der Halterungselemen­ te mit den Doppelblechen verbunden werden (z. B. durch Punkt­ schweißen). Die kastenförmige Bauweise der Halterungselemente und die beidseitige Fixierung der Halterungselemente gegenüber den Doppelblechen im Verbindungsbereich jedes einzelnen Moduls bewirkt eine Versteifung des Verbindungsbereichs und gewähr­ leistet eine besonders stabile gegenseitige Befestigung der Mo­ dule.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht zweier zu verbindender Fahrzeugmodule;

Fig. 2 eine Detailansicht der Verbindungsbereiche auf den Modulen;

Fig. 3a ein Halterungselement zur Verbindung der Module;

Fig. 3b eine alternative Ausgestaltung des Halterungsele­ ments;

Fig. 4 den Verbindungsbereich eines Moduls mit einer Bestü­ ckungsvorrichtung zur Positionierung der Halterungs­ elemente;

Fig. 5 zwei einander gegenüberliegende Halterungselemente in Zusammenbaulage.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht zweier Karosseriekomponenten 1, sogenannter "Module", und zwar einer Fahrgastzelle 2 und ei­ nes Vorbaus 3, vor dem Zusammenbau zu einer Fahrzeugkarosserie 4. Die Herstellung des Vorbaus 3 erfolgt getrennt von der Her­ stellung der Zelle 2, so daß der Vorbau 3 separat vorgefertigt, also montiert, lackiert und evtl. mit (in Fig. 1 nicht gezeig­ ten) Funktionseinheiten versehen wird, um dann im fertig mon­ tierten Zustand an der ebenfalls fertig montierten und lackier­ ten (und evtl. bestückten) Fahrgastzelle 2 befestigt zu werden. Die Befestigung des Vorbaus 3 an der Zelle 2 erfolgt mit Hilfe einer lösbaren Verbindung, insbesondere einer Schraubverbin­ dung, die - zur Sicherstellung einer guten Reparatur- und War­ tungsfreundlichkeit - ein schnelles und leichtes Abtrennen und/oder Ersetzen des Vorbaus 3 ermöglicht. Zur Verbindung des Vorbaus 3 mit der Zelle 2 werden Halterungselemente 5, 6 verwen­ det, die - z. B. über eine Schweißverbindung - an den Verbin­ dungsbereichen 7, 8 der Zelle 2 und des Vorbaus 3 befestigt sind.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 werden die gegenüberlie­ genden Verbindungsbereiche 7, 8 auf Zelle 2 und Vorbau 3 durch Doppelbleche 9, 9' bzw. 10, 10' der Fig. 2 gebildet, die in den Verbindungsbereichen 7, 8 näherungsweise parallel angeordnet sind und abschnittsweise durch randseitig offene U-Profile 11 verstärkt sein können. In Zusammenbaulage der beiden Karosse­ riekomponenten 1 treffen sowohl die Außenbleche 9, 10 als auch die Innenbleche 9', 10' auf Stoß aufeinander. Die Halterungsele­ mente 5, 6 sind kastenförmig ausgebildet und weisen eine Breite 12 auf, die dem Abstand 13 zwischen Außenblech 9, 10 und Innen­ blech 9', 10' der Module 1 (und/oder dem Abstand 13' der Seiten­ wände der U-Profile 11) in den Verbindungsbereichen 7, 8 ange­ paßt ist (siehe Detailansicht der Fig. 3a). Die kastenförmigen Halterungselemente 5 können somit in den Verbindungsbereichen 7 der Module 1 zwischen Innenblech 9' und Außenblech 9 hineinge­ schoben werden und liegen dann mit ihren Seitenflächen 14, 14' flächig auf den Innenflächen von Außenblech 9 und Innenblech 9' des Moduls 1 auf. Die Halterungselemente 5 können dann gegen­ über dem jeweiligen Modul 1 bleibend fixiert werden, indem die Wände 14, 14' der Halterungselemente 5 - z. B. durch Schweißpunk­ te 15 - fest mit den Innenblechen 9' und den Außenblechen 9 des Moduls 1 verbunden werden.

Sowohl der Vorbau 3 als auch die Fahrgastzelle 2 sind aus einer Vielzahl toleranzbehafteter Einzelteile zusammengesetzt; dies hat Schwankungen in der Geometrie dieser Module 1 zur Folge, die in einer Größenordnung von 1.5 bis 2 mm liegen können. Um ein hochwertiges Erscheinungsbild der Karosserie 4 und ein feh­ lerfreies Ineinanderpassen der Funktionseinheiten der Zelle 2 und des Vorbaus 3 sicherzustellen, müssen diese Toleranzen beim Zusammenbau dieser Module 2, 3 so gut wie möglich ausgeglichen werden; dies bedeutet, daß der toleranzbehaftete Vorbau 3 hoch­ genau gegenüber der toleranzbehafteten Zelle 2 positioniert und in dieser Position mit ihr verbunden werden muß.

Um diese hochgenaue Verbindung - unabhängig von den aktuellen Ungenauigkeiten der zu verbindenden Module 2, 3 - zu erreichen, werden die Halterungselemente 5, 6, die der Verbindung der Modu­ le 2, 3 dienen, erst in einem sehr späten Montagestadium (nach Fertigstellung des letzten Arbeitsganges in der Montage) an dem fertigen Modul 2, 3 befestigt. In diesem Montagestadium ist die geometrische Form des Moduls 2, 3 vollständig festgelegt, und individuelle Ungenauigkeiten der Module 2, 3 können nun durch die erfindungsgemäße angepaßte Positionierung der Halterungs­ elemente 5, 6 auf den Modulen 2, 3 ausgeglichen werden.

Für eine hochgenaue, dem gegenüberliegenden Modul 3 entspre­ chende Positionierung der Halterungselemente 5 auf dem Modul 2 wird eine Bestückungsvorrichtung 16 verwendet, die dem jeweili­ gen Modul 2 angepaßt ist und mittels eines Anschlagelements 17 in einer reproduzierbaren, wohldefinierten Lage gegenüber einem Referenzpunkt 18 bzw. einem Referenzkoordinatensystem auf dem Modul 2 positioniert werden kann. Zur Aufnahme von Halterungs­ elementen 5 weist die Bestückungsvorrichtung 16 Aufnahmeelemen­ te 19 auf, in denen die Halterungselemente hochgenau zueinander und relativ zum Anschlagelement 17 positioniert und ausgerich­ tet werden. In einem ersten Schritt wird die der Fahrgastzelle 2 angepaßte Bestückungsvorrichtung 16 mit Halterungselementen 5 bestückt und dann mit Hilfe des Anschlagelements 17 gegenüber der Fahrgastzelle 2 positioniert. Die Halterungselemente 5 befinden sich dann an den gewünschten Positionen im Innenraum zwischen Innenblech 9' und Außenblech 9 der Zelle 2 und werden durch Punktschweißen an den Blechen 9, 9' im Verbindungsbereich 7 befestigt. Analog wird der mit der Zelle 2 zu verbindende Vorbau 3 mit Halterungselementen 6 versehen, wobei eine dem Vorbau 3 angepaßte Bestückungsvorrichtung mit Halterungselemen­ ten 6 bestückt und mit Hilfe eines Anschlagelements gegenüber dem Vorbau 3 positioniert wird und die positionierten Halte­ rungselemente 6 dann mit dem Doppelblech 10, 10' im Verbindungs­ bereich 8 des Vorbaus 3 verschweißt wird.

Alternativ zum Positionieren der Halterungselemente 5, 6 mit Hilfe einer Bestückungsvorrichtung 16 kann ein Industrieroboter zum Einsatz kommen, der die Halterungselemente 5, 6 an definier­ ten Positionen relativ zu einem Referenzpunkt 18 (bzw. einem Referenzkoordinatensystem) auf den Modulen 2, 3 positioniert und dann mittels Punktschweißen verbindet. Weiterhin können die Halterungselemente 5, 6 - statt mit Punktschweißen - auch durch Verschrauben, Nieten, Kleben etc. an den Modulen 2, 3 befestigt werden.

Die mit Halterungselementen 5, 6 versehenen Module 2, 3 können nun mittels Befestigungsmitteln 20 lösbar miteinander verbunden werden. Als Befestigungsmittel 20 werden im vorliegenden Bei­ spiel Schrauben 21 verwendet; wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Halterungselemente 6 des Vorbaus 3 hierzu mit Durchgangslöchern 22 versehen, während die Halterungselemente 5 der Fahrgastzelle 2 Durchgangsgewinde 23 aufweisen. Da die Halterungselemente 5, 6 hochgenau auf den Modulen 2, 3 positioniert wurden, ist eine hochgenaue, spannungsarme Verbindung möglich, die ein einwand­ freies Aneinanderpassen der Module 2, 3 gewährleistet. Aus Mon­ tagegründen ist es wichtig, daß beim Verbinden zweier Module 2, 3 alle Befestigungsmittel 20 in der gleichen Richtung einge­ schraubt werden können; deswegen müssen die Halterungselemente 5, 6 in einer solchen relativen Ausrichtung zueinander an den Modulen 2, 3 befestigt werden, daß die Richtungen aller Durchgangslöcher 22 und aller Durchgangsgewinde 23 parallel zueinan­ der verlaufen.

Da zur Verbindung der Module 2, 3 nur einige wenige Schrauben 21 vorgesehen sind, muß jede dieser Schraubverbindungen - und dem­ nach auch jedes Halterungselement 5, 6 und seine Befestigung am Modul 2, 3 - hohen Anforderungen in bezug auf Festigkeit und Steifigkeit genügen. Um - insbesondere bei einem Crash - einen verläßlichen und gleichmäßigen Kräfteübertrag zu gewährleisten, weisen die Verbindungsbereiche auf den Modulen 2, 3 - wie in Fig. 2 angedeutet - vorzugsweise Doppelbleche auf (welche be­ darfsweise durch U-Profile 11 verstärkt sind), und die Halte­ rungselemente 5, 6 sind vorzugsweise kastenförmig gestaltet. Aus Festigkeitsgründen weisen die Halterungselemente 5, 6 weiterhin möglichst große Seitenflächen 14, 14' auf, damit eine großflä­ chige Verteilung der Schweißpunkte 15 ermöglicht wird.

Die in Fig. 3a und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele der Hal­ terungselemente 5, 6 bestehen aus gebogenem Stahlblech. Die Hal­ terungselemente 5, 6 sind weitgehend identisch und unterscheiden sich lediglich dadurch, daß jeweils eines von ihnen (in diesem Fall das Halterungselement 5) mit einem Durchgangsgewinde 23 versehen ist, während das gegenüberliegende Halterungselement (in diesem Fall das Halterungselement 6) ein Durchgangsloch 22 aufweist. Jedes Halterungselement 5 weist eine ebene Kontakt­ fläche 24 auf, mit der es im Zusammenbau der Module 2, 3 auf ei­ ner korrespondierenden Kontaktfläche 25 auf dem Halterungsele­ ment 6 des gegenüberliegenden Moduls 3 aufliegt. Die Kontakt­ flächen 24, 25 sind von Durchgangslöchern zum Durchführen der Befestigungsmittel 20 durchbrochen.

Eine alternative Ausgestaltung eines Halterungselements 5' ist in Fig. 3b gezeigt: Hierbei handelt es sich um ein Aluminium- Gußteil, das - aufgrund der großen durchgehenden Seitenwände 14" - eine besonders hohe Stabilität aufweist. Ein solches Alu­ minium-Halterungselement 5' eignet sich insbesondere zum Ein­ satz in Modulen 1, welche ebenfalls aus Aluminium bestehen.

Da die Halterungselemente 5, 5', 6 zur Ausrichtung im Innenraum zwischen Innenblech 9', 10' und Außenblech 9, 10, welche im Ver­ bindungsbereich 7, 8 näherungsweise parallel zur X-Z-Ebene des Fahrzeugs verlaufen, frei verschoben werden können, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren Toleranzausgleiche in X- und in Z-Richtung des Fahrzeugs (siehe Fig. 1). Um sicherzustellen, daß auch Toleranzen in Y-Richtung in vollem Maße ausgeglichen werden könnne, muß der Durchmesser der Durchgangslöcher 22 so groß gewählt werden, daß diese Toleranzen durch Verschiebungen korrespondierender Halterungselemente 5, 6 in Y-Richtung kompen­ siert werden können.

Das Verfahren eignet sich zum lösbaren Verbinden beliebiger (toleranzbehafteter) Karosseriekomponenten 1, insbesondere für die Verbindung zwischen Vorbau 3 und Fahrgastzelle 2 und für die Verbindung zwischen Heck und Fahrgastzelle.

Claims (5)

1. Verfahren zum lösbaren Verbinden zweier toleranzbehafteter, fertig montierter Karosseriekomponenten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Karosseriekomponenten (1, 2, 3) im gegenseitigen Verbindungsbereich mit Halterungselementen (5, 5', 6) verse­ hen werden, welche an der jeweiligen Karosseriekomponente (1, 2, 3) lagegenau in bezug auf ein Referenzkoordinatensys­ tem (18) dieser Karosseriekomponente (1, 2, 3) positioniert und fixiert werden,
und daß die Karosseriekomponenten (1, 2, 3) verbunden wer­ den, indem einander gegenüberliegende Halterungselemente (5, 5', 6) mit Hilfe von Befestigungsmitteln (20) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungselemente (5, 5', 6) mit Hilfe eines Schweiß­ verfahrens an den Karosseriekomponenten (1, 2, 3) befestigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur lagegenauen Befestigung der Halterungselemente (5) an einer Karosseriekomponente (1, 2) die Halterungselemente (5) zunächst in eine Bestückungsvorrichtung (16) eingelegt werden, in welcher die Halterungselemente (5) in einer vorgegebenen Raumlage zueinander positioniert werden,
daß die Bestückungsvorrichtung (16) mit Hilfe eines An­ schlagselements (17) so gegenüber der Karosseriekomponente (1, 2) positioniert wird, daß die Halterungselemente (5) in einer vordefinierten Raumlage gegenüber der Karosseriekom­ ponente (1, 2) zu liegen kommen,
und daß die Halterungselemente (5) mit der Karosseriekom­ ponente (1, 2) verbunden werden.

4. Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei lösbar miteinander verbundenen, fertig montierten Ka­ rosseriekomponenten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Karosseriekomponenten (1, 2, 3) in den Verbindungs­ bereichen (7, 8) mit Halterungselementen (5, 5', 6) versehen sind, welche lagegenau an der jeweiligen Karosseriekompo­ nente (1, 2, 3) positioniert und fixiert sind,
und daß einander auf unterschiedlichen Karosseriekomponen­ ten (1, 2, 3) in Zusammenbaulage gegenüberliegende Halte­ rungselemente (5, 5', 6) mit Hilfe von Befestigungsmitteln (20) lösbar verbunden sind.

5. Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Karosseriekomponenten (1, 2, 3) in den Verbindungs­ bereichen (7, 8) als Doppelbleche mit Außenblech (9, 10) und Innenblech (9', 10') ausgestaltet sind,
daß die Halterungselemente (5, 6) kastenförmig ausgestaltet sind,
und daß die Halterungselemente (5, 5', 6) im Innenraum zwi­ schen Außenblech (9, 10) und Innenblech (9', 10') angeordnet und fest mit diesen Blechen (9, 10, 9', 10') verbunden sind.