DE10133956A1

DE10133956A1 - Spannvorrichtung zum Laserlöten oder Laserschweißen

Info

Publication number: DE10133956A1
Application number: DE10133956A
Authority: DE
Inventors: Markus Roessinger; Wolfgang Stoge; Christian Elsner; Frank Ahrens; Udo Mueller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: DE10133956B4; DE10133956B8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (1) zum Laserlöten oder Laserschweißen, mit einem Geometriespannmittel (2) durch das einzelne Bauelemente (3, 4), insbesondere Karosserieteile, relativ zueinander positioniert und mit einer Haltekraft (F¶H¶) belastet werden. Das Geometriespannmittel (2) weist eine der Kontur des jeweiligen Bauelementes (3) angepaßte Form (5) auf. Durch einen Unterdruck, der insbesondere durch eine Vielzahl einzelner Saugnäpfe (10) erzeugt wird, legt sich das Bauelement (3) gegen eine Oberfläche (6) der Form (5) kraftschlüssig und flächig an. Hierbei erfährt das Bauelement (3) eine Stabilisierung seiner Formgebung, so daß mit der Spannvorrichtung (1) auch hohe Haltekräfte (F¶H¶) und Fixierkräfte übertragen werden können, ohne daß dabei eine unerwünschte Verformung verursacht werden kann. Durch die Anordnung der Form (5) außerhalb des Bearbeitungsraumes wird zudem eine Behinderung bei der Montage vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Laserlöten oder Laserschweißen, mit einem Geometriespannmittel, durch das einzelne Bauelemente, insbesondere Karosserieteile, relativ zueinander positionierbar und mit einer Haltekraft belastbar sind.
Eine Spannvorrichtung der genannten Art für den flexiblen Zusammenbau von Kraftfahrzeugkarosserien ist beispielsweise Gegenstand der DE 199 17 908 A1. Die vorzugsweise als Geometrieschweißstation ausgeführte Spannvorrichtung hat einzeln verfahrbare Einrichtungen zum genauen Positionieren und Spannen von einem oder mehreren Elementen einer Seitenwand mit dem Geometriespannmittel. Nachdem die auf dem Geometriespannmittel fixierten Elemente die vorgegebene Sollposition erreicht haben, werden diese beispielsweise durch Laserschweißen miteinander verbunden.
Die EP 04 40 001 A1 zeigt auch bereits eine Vorrichtung zum Laserschweißen von Kraftfahrzeugkarosserien, die zunächst provisorisch aus einzelnen Bauelementen aufgebaut wird. Anschließend werden die Bauelemente in ihrer Sollposition fixiert und mit einer Vielzahl von Laserstrahlungsquellen verschweißt. Mehrere die Bauelemente aufnehmende Halterahmen können für eine flexible Fertigung schnell ausgetauscht und in die Arbeitsposition gebracht werden.
Durch die DE 44 26 719 A1 ist weiterhin eine Klemm- und Schweißvorrichtung bekannt, durch die auch eingeschränkt zugängliche Bereiche von Karosserieplatten von Kraftfahrzeugen verschweißt werden können. Hierzu ist die Vorrichtung mit einem Ende eines programmierbaren Roboters verbunden, so daß sich ein vergrößerter Bewegungsbereich der insbesondere als Laserschweißer ausgeführten Schweißvorrichtung ergibt.
Eine weitere Spannvorrichtung zum Laserschweißen zeigt auch die EP 04 40 002 A1, welche ein an die Form des zu fixierenden Bauelementes angepaßtes Halteteil aufweist, das zur flexiblen Anpassung an unterschiedliche Bauelemente austauschbar ist. Das Halteteil hat dabei eine Durchgangsöffnung, welche den Durchtritt des Laserstrahles gestattet.
In ähnlicher Weise ist auch bei der JP 70 80 689 ein Haltemittel vorgesehen, welches zum Anbringen von Punktschweißungen mittels eines Laserstrahles eine Durchgangsöffnung aufweist.
Die Arbeitsabfolge und hierzu geeignete Vorrichtungen zum Spannen von Karosserieteilen sind ebenfalls Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen. Beispielsweise offenbart die DD 114 038 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wagenkastens von Fahrzeugen, welche aus Untergestell, Seiten- und Stirnwand sowie einem Dach gebildet werden. Die Seitenwände werden an Seitenlängsträgern fixiert, die dann auseinander geschwenkt werden, um dazwischen das Dach einsetzen zu können.
Nach der DE 36 07 020 A1 können bei der Montage auch elastische Zangen eingesetzt werden, die einen Toleranzausgleich gestatten. Hierdurch soll das Beschicken der Transportgestelle vereinfacht werden.
Nach der EP 05 82 117 B1 ist eine Wechselvorrichtung vorgesehen, welche die Bearbeitungsvorrichtung glockenartig umgreift, so daß sich zwischen der Bearbeitungsvorrichtung und der Arbeitsstelle nur das Spannmittel, sonst aber kein Teil der Wechselvorrichtung befindet und dadurch eine gegenseitige Behinderung ausgeschlossen ist.
Weitere Vorrichtungen zur Karosseriemontage sind auch aus der US 27 79 092, der DE 198 06 963 A1, der DE 37 24 279 A1, der DE 41 13 295 A1 und der DE 37 16 232 A1 bekannt.
Bei allen genannten Vorrichtungen hat es sich in der Praxis als nachteilig erwiesen, daß zwar die erforderlichen Haltekräfte zuverlässig übertragen werden können, diese jedoch oftmals zu einer Verformung der Bauelemente führen können, wenn die Haltekraft nicht entsprechend der Formstabilität begrenzt ist. Demgegenüber steht jedoch der Wunsch nach einer möglichst hohen Vorspannkraft für die Bauelemente, um eine einwandfreie Verbindung bei der nachfolgenden Schweißbearbeitung zu gewährleisten. Man könnte daran denken, ein Widerlager zur Aufnahme der Haltekraft vorzusehen, um eine Rückwirkung der Haltekraft auf die Bauelemente auf diese Weise zu vermeiden. In der Praxis ist diese jedoch häufig schon aus Gründen der Zugänglichkeit der rückwärtigen Bereiche der Bauelemente ausgeschlossen.
Es sind ferner auch durch die DE 198 16 014 A1 und die DE 196 22 575 A1 Spannvorrichtungen für Karosseriebauteile bekannt, die zur Erzeugung einer Haltekraft eine hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbare Druckmembran aufweisen, wodurch sich zwar eine gleichmäßige Krafteinleitung erreichen läßt, jedoch eine zu hohe und damit zu Verformungen führende Haltekraft nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Übertragung hoher Haltekräfte ohne das Risiko einer unerwünschten Verformung des belasteten Bauelementes gestattet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Spannvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Spannvorrichtung vorgesehen, bei welcher das Geometriespannmittel eine der Kontur des jeweiligen Bauelementes angepaßte Form aufweist, gegen deren Oberfläche das Bauelement mittels eines Unterdruckes flächig anlegbar ist. Hierdurch wird das Bauelement durch die Form fixiert und stabilisiert, so daß auch bei hohen Haltekräften eine Verformung des Bauelementes ausgeschlossen ist. Hierzu wird das Bauelement durch den Unterdruck in die hierzu beispielsweise mit einer Vertiefung ausgestatteten Form durch Evakuierung des Zwischenraumes fixiert. Der zur Montage erforderliche Freiraum wird dabei nicht eingeschränkt, weil die Form kein der Haltekraft gegenüberliegendes Widerlager erfordert und daher nicht in den Bearbeitungsraum der Spannvorrichtung hineinreicht. Der Montagevorgang erfordert somit lediglich eine geringe Formstabilität des Bauelementes, wodurch neue Kraftfahrzeugkarosseriekonstruktionen realisierbar werden, die nach dem Stand der Technik mit einem Geometriespannrahmen nicht herstellbar sind.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Form als eine Negativform des Bauelementes ausgeführt ist. Hierdurch wird das Bauelement in der Form durch den aufzubringenden Unterdruck zugleich kraftschlüssig und auch formschlüssig fixiert, so daß die Haltekraft weiter erhöht werden kann. Zudem wird dadurch die Positionierung vereinfacht, weil die relative Position zwischen der Form und dem Bauelement eindeutig definiert ist. Ferner können dabei toleranzbedingte Formabweichungen korrigiert werden, wodurch die Fertigungsqualität zusätzlich verbessert werden kann.
Das Geometriespannmittel kann mit einer Pumpe zur Erzeugung des Unterdruckes ausgestattet sein. Besonders praktisch ist es jedoch auch, wenn die Form zur Erzeugung des Unterdruckes eine Saugleitung aufweist. Hierdurch kann der erforderliche Unterdruck mittels einer zentralen Pumpeneinheit erzeugt werden, wodurch sich der Aufwand zur Herstellung wesentlich verringern läßt.
Eine andere besonders praxisnahe Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die Spannvorrichtung eine Steuereinheit zur Einstellung des Unterdruckes aufweist. Hierdurch kann der Unterdruck entsprechend der erforderlichen Haltekraft eingestellt werden. Ein unerwünschtes Abgleiten des Bauelementes von der Form ist dadurch ausgeschlossen.
Hierbei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Form einzelne Teilbereiche mit einem jeweils unabhängig voneinander einstellbaren Unterdruck aufweist. Hierdurch kann durch den abweichenden Unterdruck in den unterschiedlichen Teilbereichen eine begrenzte Korrektur der Beschaffenheit des Bauelementes erreicht werden, indem beispielsweise ein Randbereich mit einem geringeren Unterdruck beaufschlagt wird, der dadurch gegenüber der Oberfläche der Form hervorsteht. Weiterhin kann durch den in den Teilbereichen getrennt erzeugbaren Unterdruck eine materialschonende Fixierung in der Form erfolgen, die zudem die Positionierung und die Einhaltung einer Sollposition gegenüber der Form erleichtert.
Eine andere besonders erfolgversprechende Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, daß die Form mehrere relativ zueinander in unterschiedlichen Positionen festlegbare Abschnitte aufweist. Hierdurch wird eine Anpassung an unterschiedliche, insbesondere durch Abweichungen in vorhergehenden Fertigungsschritten verursachte Formgebungen durch die Abschnitte der Form ausgeglichen. Die Form besteht hierzu aus mehreren Abschnitten, die relativ zueinander verschiebbar oder schwenkbar sind. Weiterhin können dadurch unterschiedliche Bauelemente mit derselben Form fixiert werden.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die Form einzelne Saugnäpfe aufweist. Die Saugnäpfe können problemlos gegen die Oberfläche des Bauelementes dichtend angelegt werden und gestatten eine mühelose Übertragung großer Haltekräfte. Weiterhin weisen die Saugnäpfe eine weiche oder elastische Beschaffenheit auf, wodurch eine Beschädigung oder Fertigungsspuren auf dem Bauelement vermieden werden. Die Saugnäpfe können dabei gemeinsam oder unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Form mit Ausnehmungen ausgestattet ist, in welchen die Saugnäpfe in einer gegenüber der Oberfläche der Form zurückgesetzten Position angeordnet sind. Hierdurch befinden sich die Saugnäpfe in ihrer Gebrauchsstellung, in der das Bauelement gegen die Oberfläche der Form anliegt, in ihrer zurückgesetzten Position, wodurch ein unerwünschter Einfluß auf die Kontur des Bauelementes ausgeschlossen ist. In der Ruhestellung treten die Saugnäpfe hervor und ermöglichen so eine einfache Aufnahme des Bauelementes.
Besonders einfach ist es dabei auch, wenn die Saugnäpfe zum Lösen des Geometriespannmittels mit einem Überdruck beaufschlagbar sind. Hierdurch wird das Bauelement zuverlässig von der Form getrennt, ohne daß dabei eine unerwünschte Krafteinwirkung auf das Bauteil auftritt.
Eine andere besonders zuverlässige Ausgestaltung der Erfindung ist dann erreicht, wenn die Form eine umlaufende und im wesentlichen gegen den Randbereich des Bauelementes anlegbare Dichtung aufweist. Die Fixierung des Bauelementes in der Form erfolgt hierbei einerseits durch die Saugnäpfe, die jeweils einen mit Unterdruck beaufschlagbaren Raum einschließen, andererseits durch die umlaufende Dichtung, durch die das Bauelement über annähernd die gesamte Fläche gegen die Form abgedichtet und durch den Unterdruck in der Form fixiert wird. Durch die Saugnäpfe wird dabei die Aufnahme des Bauelementes erleichtert, während die umlaufende Dichtung eine gleichmäßige und flächige Kraftübertragung auf das Bauelement ermöglicht.
Die Form kann zusätzlich mit einer Oberflächenbeschaffenheit versehen sein, durch die Reibungseinflüsse verringert oder durch die ein Ausgleich von Unebenheiten erreicht wird. Zudem kann das Bauelement mit zusätzlichen Magnetkräften in der Form fixiert werden, wobei beliebige Kombinationen in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck realisierbar sind.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 zum Laserlöten oder Laserschweißen, mit einem Geometriespannmittel 2, durch das einzelne Bauelemente 3, 4 in einer relativ zueinander vorbestimmten Position gehalten werden, um diese in einem nachfolgenden Schweißprozeß dauerhaft miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck werden die als Karosserieteile ausgeführten Bauelemente 3, 4 mit einer Spannkraft F_S bzw. mit einer Haltekraft F_H belastet. Das Geometriespannmittel 2 hat hierzu eine als Negativform zu dem Bauelement 3 ausgeführte Form 5, gegen deren Oberfläche 6 das Bauelement 3 mittels eines Unterdruckes flächig anlegbar ist. Hierzu wird das zwischen dem Bauelement 3 und der Form 5 eingeschlossene Volumen durch eine Saugleitung 7 evakuiert. Das Bauelement 3 legt sich unter dem Einfluß des Unterdruckes gegen die Oberfläche 6 an, dessen Formgebung dadurch auch unter dem Einfluß hoher Kräfte definiert festgelegt ist. Die Spannvorrichtung 1 hat weiterhin eine nicht dargestellte Steuereinheit, mittels der in verschiedenen Teilbereichen 8, 9 der Form 5 ein jeweils abweichender Unterdruck eingestellt werden kann, um so eine Korrektur oder Anpassung an herstellungsbedingte Maßabweichungen erreichen zu können. Zu diesem Zweck kann die Form 5 mehrteilig ausgeführt und in verschiedenen Positionen festlegbar sein, wodurch zudem auch unterschiedliche Bauelemente mit derselben Form 5 fixiert werden können. Der erforderliche Unterdruck wird mit Hilfe von Saugnäpfen 10 aufgebracht, welche in der dargestellten Gebrauchsstellung der Spannvorrichtung 1 in einer jeweiligen Ausnehmung 11 gegenüber der Oberfläche 6 der Form 5 zurückgesetzt positioniert sind. Zusätzlich weist die Form 5 eine Dichtung 12 auf, wodurch zusätzlich auch das von dem Bauelement 3 und der Form 5 eingeschlossene Volumen evakuiert werden kann. In der dargestellten fixierten Position können die Bauelemente 3, 4 mittels eines Laserlötkopfes 13 dauerhaft miteinander verbunden werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Spannvorrichtung
2 Geometriespannmittel
3 Bauelement
4 Bauelement
5 Form
6 Oberfläche
7 Saugleitung
8 Teilbereich
9 Teilbereich
10 Saugnapf
11 Ausnehmung
12 Dichtung
13 Laserlötkopf
F_H Haltekraft
F_S Spannkraft

Claims

1. Spannvorrichtung zum Laserlöten oder Laserschweißen, mit einem Geometriespannmittel, durch das einzelne Bauelemente, insbesondere Karosserieteile, relativ zueinander positionierbar und mit einer Haltekraft belastbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Geometriespannmittel (2) eine der Kontur des jeweiligen Bauelementes (3) angepaßte Form (5) aufweist, gegen deren Oberfläche (6) das Bauelement (3) mittels eines Unterdruckes flächig anlegbar ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) als eine Negativform des Bauelementes (3) ausgeführt ist.

3. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) zur Erzeugung des Unterdruckes eine Saugleitung (7) aufweist.

4. Spannvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (1) eine Steuereinheit zur Einstellung des Unterdruckes aufweist.

5. Spannvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) einzelne Teilbereiche (8, 9) mit einem jeweils unabhängig voneinander einstellbaren Unterdruck aufweist.

6. Spannvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) mehrere relativ zueinander in unterschiedlichen Positionen festlegbare Abschnitte aufweist.

7. Spannvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) einzelne Saugnäpfe (10) aufweist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) mit Ausnehmungen (11) ausgestattet ist, in welchen die Saugnäpfe (10) in einer gegenüber der Oberfläche (6) der Form (5) zurückgesetzten Position angeordnet sind.

9. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugnäpfe (10) zum Lösen des Geometriespannmittels (2) mit einem Überdruck beaufschlagbar sind.

10. Spannvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (5) eine umlaufende und im wesentlichen gegen den Randbereich des Bauelementes (3) anlegbare Dichtung (12) aufweist.