DE102004001432A1 - Verfahren und Produktionsanlage zum Fügen mehrerer Einzelelemente zu einem komplexen Bauteil - Google Patents

Verfahren und Produktionsanlage zum Fügen mehrerer Einzelelemente zu einem komplexen Bauteil Download PDF

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    • B23K2101/006Vehicles

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Produktionsanlage zur Herstellung eines komplexen Bauteils (2) aus mehreren Bauteil-Einzelelementen (205, 305, 111), die durch linienhafte Schwei- und/oder Klebenähte miteinander verbunden werden. Die Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) werden in einer vorgegebenen räumlichen Ausrichtung in Spannelemente (108, 208, 308) eingelegt, die der Geometrie des entsprechenden Bauteil-Einzelelements (205, 305, 111) angepasst sind; die in den Spannelementen (108, 208, 308) fixierten Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) werden mit Hilfe eines die Spannelemente (108, 208, 308) aufnehmenden Spannrahmens (107, 207, 307) relativ zueinander positioniert. Erfindungsgemäß wird dabei eine erste Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (205) auf einem ersten Spannrahmen (207) fixiert und zu einer ersten Bauteil-Untergruppe (210) gefügt; weiterhin wird eine zweite Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (305) auf einem zweiten Spannrahmen (307) fixiert und zu einer zweiten Bauteil-Untergruppe (310) gefügt. Aus den beiden Untergruppen (210, 310) wird schließlich (ggf. unter Verwendung weiterer Einzelelemente (111))durch einen weiteren Fügeprozess das Bauteil (2) hergestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils aus mehreren Bauteil-Einzelelementen, die zumindest abschnittsweise durch linienhafte Schweiß- und/oder Klebenähte miteinander verbunden werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 100 39 593 A1 als bekannt hervorgeht. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Produktionsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der gattungsbildenden DE 100 39 593 A1 ist ein Verfahren zum Fügen mehrerer Bauteil-Einzelelemente zu einem komplexen zusammengesetzten Bauteil bekannt, bei dem ein modular aufgebauter Spannrahmen zum Einsatz kommt. Auf diesem Spannrahmen befinden sich Spannelemente, in denen einige ausgewählte Bauteil-Einzelelemente fixiert sind; diese Bauteil-Einzelelemente werden mit Hilfe eines Schweißverfahrens zu einem Zwischenbauteil gefügt. In mehreren Prozessschritten werden anschließend stufenweise zusätzliche, mit Einzelelementen bestückte Spannelemente an definierten Positionen auf dem Spannrahmen befestigt; diese zusätzlichen Einzelelemente werden mit dem Zwischenbauteil verbunden, indem in robotergeführtes Schweißwerkzeug entlang einer vorher einprogrammierten Bahn entlang dieser Einzelelemente geführt wird und dabei linienförmige Schweißungen durchführt. Das Verfahren ermöglicht somit einen schrittweisen Zusammenbau komplexer Bauteile unter Zuhilfenahme eines einzigen Spannrahmens.
  • Je komplexer das Bauteil, das auf diesem Spannrahmen gefügt werden soll, desto gravierender ist das Problem der Zugänglichkeit für die Schweißroboter, mit Hilfe derer die Schweißnähte zwischen den Bauteil-Einzelelementen gesetzt werden. Insbesondere bei sehr komplexen Bauteilen besteht daher der Wunsch, die Zugänglichkeit der Schweißbereiche zu erhöhen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus der DE 100 39 593 A1 bekannte Verfahren zum Fügen komplexer Bauteile dahingehend zu modifizieren, dass eine bessere Zugänglichkeit der Schweißbereiche gegeben ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Produktionsanlage zur Umsetzung des Verfahrens bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst.
  • Danach kommen anstelle eines einzigen Spannrahmens, mit Hilfe dessen das gesamte Bauteil stufenweise gefügt wird, mehrere (Segment-)Spannrahmen zum Einsatz, mit Hilfe derer jeweils eine Gruppe von Bauteil-Einzelelemente zu einer Bauteil-Untergruppe gefügt werden. Die einzelnen Bauteil-Untergruppen werden dann mit Hilfe eines weiteren Spannrahmens zum fertigen Bauteil gefügt.
  • Da die (Segment-)Spannrahmen, die zur Herstellung der Bauteil-Untergruppen zum Einsatz kommen, weniger Bauteil-Einzelelemente beinhalten und daher einfacher gestaltet werden können als der in der DE 100 39 593 A1 beschriebene Gesamt-Spannrahmen, kann beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens eine verbesserte Zugänglichkeit der auf den einzelnen (Segment-)Spannrahmen fixierten Bauteil-Einzelelemente erreicht werden. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass meh rere Industrieroboter von unterschiedlichen Seiten an die Bauteil-Einzelelemente herangeführt werden können. Die bessere Zugänglichkeit ist insbesondere von Vorteil bei der hochgenauen Herstellung komplexer Bauteile aus Aluminiumblech, die mit Hilfe eines Schweißverfahrens aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden: Beim Schweißen von Aluminium muss zur Erzielung einer guten Schweißverbindung der Anstellwinkel in engen Grenzen liegen, und die Vorschubrichtung des Schweißbrenners muss sehr genau eingehalten werden. Hier bringt das erfindungsgemäße Verfahren große Vorteile, da die Zugehörigkeit von Einzelelementen zu den verschiedenen Bauteil-Untergruppen in einer solchen Weise ausgewählt und die (Segment-)Spannrahmen in einer solchen Weise an die jeweilige Bauteil-Untergruppe angepasst werden können, dass eine optimale Zugänglichkeit der Fügebereiche gewährleistet ist.
  • Die Zugänglichkeit wird weiter verbessert durch die Tatsache, dass – im Vergleich zur Herstellung des gesamten Bauteils auf nur einem einzigen Spannrahmen – auf den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten (Segment-)Spannrahmen für Bauteil-Untergruppen wesentlich weniger Spannvorrichtungen mit darin gehaltenen Einzelelemente untergebracht zu werden brauchen. Die Spannvorrichtungen sind somit besser abstimmbar. Dies führt überdies zu Kosteneinsparungen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Reduktion des Platzbedarfs, der für die Anlagen zur Herstellung einer bestimmten Zahl von Bauteilen bereitgestellt werden muss. Die Zahl der Bauteile, die in einer vorgegebenen Zeiteinheit auf einem vorgegebenen Spannrahmen hergestellt werden können, wird entscheidend beeinflusst durch die Zahl und die geometrische Gestalt der zu fügenden Einzelelemente. Je komplexer die Fügeaufgabe, desto mehr Fügestufen sind notwendig. Dies bedeutet, dass bei Verwendung des in der DE 100 39 593 A1 be schriebenen Verfahrens der Spannrahmen mehrfach zwischen einer Bestückungsstation und einer Fügestation hin- und herbewegt werden muss und in jeder dieser Stationen für eine vorgegebene Zeit verbleiben muss, um die erforderlichen Bestückungs- bzw. Fügeschritte durchzuführen. Soll das Produktionsvolumen erhöht werden, so sind mehrere (parallel zueinander angeordnete) Füge- und Bestückungsstationen mit zugehörigen Spannrahmen notwendig, um die erforderlichen Stückzahlen herstellen zu können. Die dabei notwendigen Spannrahmen sind sehr komplex und teuer. – Beim erfindungsgemäßen gruppenweisen Fügen der Bauteil-Einzelelemente beansprucht jede Untergruppen-Fügestation einen geringeren Platz als die für den gesamten Fügeumfang des Bauteils benötigte Fügestation, weswegen Fabrik-Bodenfläche eingespart werden kann. Außerdem können die Kosten für die Spannrahmen reduziert werden: So kommen beispielsweise für die Herstellung von Hinterachsträgern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren je zwei (Segment-) Spannrahmen zur Herstellung der zwei Bauteil-Untergruppen sowie zwei Spannrahmen zum Fügen des Hinterachsträgers aus den Bauteil-Untergruppen zum Einsatz. Um mit Hilfe des aus der DE 100 39 593 A1 bekannten Verfahrens dieselbe Anzahl von Hinterachsträgern zu fertigen, werden insgesamt sechs Spannrahmen benötigt, die jedoch wesentlich komplexer aufgebaut sind. Durch die Reduktion der Komplexität der Spannrahmen können also räumliche und apparative Einsparungen erzielt werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Dabei zeigen
  • 1a eine Darstellung einer aus dem Stand der Technik ( DE 100 39 593 A1 ) bekannten Gesamtanlage zum Fügen eines Hinterachsträgers;
  • 1b eine Detailansicht des in der Gesamtanlage der 1a zum Einsatz kommenden Spannrahmens;
  • 2a eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Gesamtanlage zum Fügen eines Hinterachsträgers;
  • 2b2d Detailansichten der in der Gesamtanlage der 2a zum Einsatz kommenden Spannrahmen.
  • 1a zeigt eine schematische Darstellung einer aus der DE 100 39 593 A1 bekannten Anlage 1' zum Fügen eines komplexen zusammengesetzten Bauteils 2' – im vorliegenden Beispiel eines Hinterachsträgers 14 für ein Fahrzeug -, das in einer Fügestation 3' mit Hilfe einer Fügevorrichtung 4' aus mehreren Einzelelementen 5' zusammengefügt wird. Die Anlage 1' umfasst neben der Fügestation 3' eine Einlegestation 6', in der ein Spannrahmen 7' mit den zu fügenden Einzelelementen 5' bestückt wird. Die Einzelelemente 5' werden dabei durch Spannelemente 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' (vorzugsweise eines Industrieroboters, alternativ einer Portal- und/oder Hebeeinheit) in die Fügestation 3' transferiert. In der Fügestation 3' werden die aufgespannten Einzelelemente 5' mit Hilfe der Fügevorrichtung 4' (im vorliegenden Beispiel zweier Schweißroboter 18') zu einem Zwischenbauteil 10' verbunden. Anschließend wird der Spannrahmen 7' mit Hilfe des Manipulators 9' zur Einlegestation 6' zurücktransferiert, wo er mit weiteren Einzelelementen 11' bestückt wird, welche in zusätzlichen Spannelementen 12' eingespannt sind. Zur Aufnahme dieser zusätzlichen Spannelemente 12' sind auf dem Spannrahmen 7' Dockingstationen vorgesehen, in denen diese zusätzlichen Spannelemente 12' in hochgenau reproduzierbarer Lage eingeklinkt werden können. Bezüglich der Gestaltung des Spannrahmens 7' und der Abfolge der Bestückungs- und Fügeschritte wird auf die DE 100 39 593 A1 verwiesen, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
  • 1b zeigt eine Detailansicht des Spannrahmens 7', der in der Anlage 1' der 1a zum Einsatz kommt. Zur Herstellung eines Hinterachsträgers 14 wird der Spannrahmen 7' zunächst mit einigen Einzelelementen 5' des Teilesatzes zur Herstellung des Hinterachsträgers 14 beladen. Im vorliegenden Fall sind dies zwei Aufnahmearme 15', die jeweils aus einer unteren und einer oberen Schale zusammengesetzt sind, zwei Querbrücken 16' sowie einige zusätzliche Anbauteile 17'. Der so bestückte Spannrahmen 7' wird mittels des Manipulators 9' in die Fügestation 3' transportiert, in der die fixierten Einzelelemente 15', 16', 17' miteinander zu dem Zwischenbauteil 10' verschweißt werden. Anschließend transportiert der Manipulator 9' den Spannrahmen 7' in die Einlegestation 6' zurück, in der der Spannrahmen 7' mit weiteren (in 1b nicht gezeigten) Einzelelementen beladen wird. Diese werden dann in der Fügestation 3' mit dem Zwischenbauteil 10' verschweißt. In Abhängigkeit der Komplexität des Bauteils 2' sind weitere Prozessstufen – bestehend aus einem Bestückungs- und einem Fügeschritt – notwendig. Der in 1b gezeigte Spannrahmen 7' ist dabei (aufgrund seiner großen Ausmaße und seines hohen Gewichts) nur von oben her zugänglich, weswegen sämtliche Fügeschritte der Schweißroboter 18' von oben her erfolgen.
  • 2a zeigt eine schematische Ansicht einer Gesamtanlage 1 zur Herstellung komplexen Bauteils 2 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Hinterachsträgers 14) unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anlage 1 umfasst drei Arbeitszellen 101, 201, 301 mit jeweils einer Einlegestation 106, 206, 306 und einer Fügestation 103, 203, 303 sowie einem Manipulator 109, 209, 309, der einen dieser Arbeitszelle 101, 201, 301 zugehörigen Spannrahmen 107, 207, 307 zwischen der Einlegestation 106, 206, 306 und der Fügestation 103, 203, 303 hin- und hertransportiert. In den beiden Arbeitszellen 201, 301 werden aus Einzelelementen 205, 305 Bauteil-Untergruppen 210, 310 des Hinterachsträgers 14 hergestellt; aus diesen Bauteil-Untergruppen 210, 310 (und weiteren Einzelelementen 111) wird in der dritten Arbeitszelle 101 der fertige Hinterachsträger 14 gefügt.
  • Die Herstellung der (in 2b dargestellten) Bauteil-Untergruppe 210, die einen Aufnahmearm 215, ein Verbindungselement 213 sowie eine Konsole 219 umfasst, erfolgt in der Arbeitszelle 201. Hierzu wird der in 2b in einer Aufsicht dargestellte Baugruppen-Spannrahmen 207 verwendet, welcher Spannelemente 208 zur Fixierung der Einzelelemente 213, 215, 219 aufweist. Der Baugruppen-Spannrahmen 207 wird in der Einlegestation 206 von Bedienpersonen mit den zugehörigen Einzelelementen 213, 215, 219 beladen, die mit Hilfe der Spannelemente 208 in der gewünschten Position am Baugruppen-Spannrahmen 207 befestigt werden.
  • Der so bestückte Baugruppen-Spannrahmen 207 wird mit Hilfe des Manipulators 209 zur Fügestation 203 transportiert, in der die Einzelelemente 213, 215, 219 in der durch die Spannelemente 208 vorgegebenen Relativlage miteinander verschweißt werden. Hierzu wird der Schweißbrenner eines Schweißroboters 218 entlang vorher einprogrammierter Schweißbahnen über Fügebereiche auf den gegenseitig zueinander verspannten Einzelelementen 213, 215, 219 geführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Schweißroboter 218 vorgesehen, die – wie weiter unten beschrieben wird – in einer solchen Weise aneinander gekoppelt sind, dass sie die Schweißungen zur Verbindung der Einzelelemente 213, 215, 219 koordiniert durchführen.
  • Der Manipulator 209 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als (vorzugsweise sechsachsiger) Industrieroboter 220 ausges taltet, an dessen Hand 221 der Spannrahmen 207 befestigt wird. Der Roboter 220 kann den Spannrahmen 207 während des Fügeprozesses stationär halten; alternativ kann der Roboter 220 während des Fügeprozesses den Spannrahmen 207 in einer solchen Weise gegenüber den Schweißrobotern 218 bewegen, dass jederzeit eine optimierte Zugänglichkeit der momentan bearbeiteten Schweißstelle durch die Schweißroboter 218 gewährleistet ist.
  • Eine solche optimierte Zugänglichkeit ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Einzelteile 213, 215, 219 aus einem Werkstoff bestehen, der besonders hohe Anforderungen an die Schweißtechnik stellt. So muss beim Anbringen einer Schweißnaht zwischen zwei Einzelteilen 213, 215, 219 aus Aluminium beispielsweise der Anstellwinkel des Schweißbrenners innerhalb eines eng begrenzten Winkelbereichs gehalten werden, um ein gutes Schweißergebnis zu erreichen. Um diese Winkelstellung entlang der gesamten Naht gewährleisten zu können, muss während des Schweißprozesses im Bereich der Fügestelle ein ausreichend großer freier Arbeitsraum gewährleistet sein, d.h. die Zugänglichkeit in diesen Bereichen darf nicht durch „störende" bzw. Spannelemente 208 bzw. Teile des Spannrahmens 207 beeinträchtigt sein. Die vorliegende filigrane Gestaltung des Spannrahmens 207 sowie die Möglichkeit, den Spannrahmen 207 mit den darauf befindlichen Einzelelementen 213, 215, 219 mit Hilfe des Roboters 220 gegenüber den Schweißrobotern 218 zu verschieben, zu kippen und zu schwenken, gestattet eine gute Zugänglichkeit aller Schweißstellen.
  • Wenn während des Fügeprozesses Raumbewegungen des vom Roboter 220 gehaltenen Spannrahmens 207 vollführt werden sollen, so müssen die drei Roboter 220, 218 in einer solchen Weise gekoppelt werden, dass ihre Bewegungsabläufe koordiniert erfolgen. Einer der Roboter – beispielsweise der Manipulator 220 – dient dabei als „Master"-Roboter, dessen Bewegungen die anderen, sogenannten „Slave"-Roboter – in diesem Falle die Schweißroboter 218 – folgt. Während der Manipulator 220 „Master"-Roboter den Schweißrobotern 218 den Spannrahmen 207 darbietet, richtet er die Bewegungen dieser „Slave"-Roboter 218 nach seiner Sollbahn aus, so dass der räumliche Bezug des durch den „Master"-Roboter 220 geführten Spannrahmens 207 zu den „Slave"-Robotern 218 zu jeder Zeit erhalten bleibt. Ein Steuerungsprinzip, mit dessen Hilfe eine solche Kopplung erreicht werden kann, ist beispielsweise bekannt aus der EP 752 633 A1 , deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.
  • Nach erfolgter Schweißung führt der Manipulator 220 den Baugruppen-Spannrahmen 207 mit der fertig gefügten Bauteil-Untergruppe 210 an die Einlegestation 206 zurück. Hier entnimmt die Bedienungsmannschaft die Bauteil-Untergruppe 210 aus dem Baugruppen-Spannrahmen 207 und bestückt den Spannrahmen 207 mit neuen Einzelelementen 213, 215, 219 aus dem Hinterachsträger-Teilesatz. Der fertige Bauteil-Untergruppe 210 wird an die Arbeitszelle 101 weitergegeben.
  • Analog zur Herstellung der Bauteil-Untergruppe 210 in Arbeitszelle 201 erfolgt in Arbeitszelle 301 die Herstellung der Bauteil-Untergruppe 310, die einer spiegelsymmetrische Nachbildung der Bauteil-Untergruppe 210 ist (siehe 2c). Auch die hier gefertigte Bauteil-Untergruppe 310 wird an die Arbeitszelle 101 weitergegeben. In der Arbeitszelle 101 werden die Bauteil-Untergruppen 210, 310 gemeinsam mit weiteren Einzelelementen 111 (z.B. den Querbrücken 116) in den Spannrahmen 107 eingelegt. Dabei werden die Bauteil-Untergruppen 210, 310 und die weiteren Einzelelemente 111 durch Spannelemente 108 auf dem Spannrahmen 107 in Zusammenbaulage zueinander positioniert und fixiert. Wie aus einem Vergleich der 1b und 2d ersichtlich ist, umfasst der hier verwendete Spannrahmen 107 wesentlich weniger Spannelemente 108 als der Spannrahmen 7', der in der Anlage der 1a zum Einsatz kommt; die Reduktion der Zahl der Spannelemente 108 resultiert aus der Tatsache, dass einige der Einzelelemente 213, 219, 313, 319 bereits in den Arbeitszellen 201, 301 an die Aufnahmearme 215, 315 gefügt wurden. Der in der Arbeitszelle 101 zum Einsatz kommende Spannrahmen 107 ist somit erheblich leichter und filigraner als der Spannrahmen 7' der 1b, was eine bessere Zugänglichkeit der Schweißbereiche zur Folge hat.
  • Der bestückte Spannrahmen 107 wird mit Hilfe des Manipulators 109, der in Form eines Drehtischs ausgebildet ist, der Fügestation 103 zugeführt, wo mit Hilfe von Schweißrobotern 118 die Bauteil-Untergruppen 210, 310 und die zusätzlichen Einzelelemente 111 miteinander verschweißt werden; der Spannrahmen 107 wird dabei stationär gehalten. Danach bewegt der Manipulator 109 den Spannrahmen 107 an die Einlegestation 106 zurück, wo die Fixierung der Spannelemente 108 gelöst und der fertige Hinterachsträger 14 aus dem Spannrahmen 107 entnommen wird.
  • Das Einlegen der Einzelelemente 105, 111 bzw. der Bauteil-Untergruppen 210, 310 in die Spannrahmen 107, 207, 307 kann manuell oder automatisiert durch einen Bestückungsroboter erfolgen. Die Einzelelemente 105, 111 bzw. Bauteil-Untergruppen 210, 310 können dabei – wie oben beschrieben – in Spannelementen 108, 208, 308 fixiert sein, die in vorgegebener Lage und Ausrichtung in Dockingstationen auf dem Spannrahmen 107, 207, 307 eingeklinkt werden; alternativ können die Einzelelemente 105, 111 bzw. Bauteil-Untergruppen 210, 310 in Aufnahmen eingelegt und fixiert werden, die fester Bestandteil der Spannrahmen 107, 207, 307 sind.
  • Bisher wurde ein Verfahrensablauf betrachtet, bei dem der Fügeprozess in der Arbeitszelle 101 in einem einzigen Prozessschritt erfolgt, der darin besteht, aus den simultan auf dem Spannrahmen 107 fixierten Bauteil-Untergruppen 210, 310 und den zusätzlichen Einzelelementen 111 in einem Fügeschritt den fertigen Hinterachsträger 14 herzustellen. Insbesondere bei sehr komplexen Bauteilen mit vielen Hinterschneidungen kann es sinnvoll sein, die Einzelelemente 111 schrittweise in mehreren separaten Fügeschritten an die Bauteil-Untergruppen 210, 310 anzufügen. In diesem Fall wird der Spannrahmen 107 – wie in der DE 100 39 593 A1 beschrieben – mehrfach zwischen der Einlegestation 106 und der Fügestation 103 hin- und hertransferiert. In der Einlegestation 106 wird der Spannrahmen 107 in jedem Montageschritt jeweils um neue zusätzliche Einzelelemente 111 und/oder Bauteil-Untergruppen 210, 310 ergänzt, die in die zugehörigen Spannelemente 108 eingespannt sind und durch Einklinken der Spannelemente 108 in entsprechende Dockingstationen auf dem Spannrahmen 107 gegenüber dem bereits gefügten Zwischenbauteil fixiert werden; in der Fügestation 103 werden diese zusätzlichen Einzelelemente 111 bzw. Bauteil-Untergruppen 210, 310 dann mit dem Zwischenbauteil gefügt. – Analog kann auch der Fügeprozess in den Arbeitszellen 201, 310, in denen die Bauteil-Untergruppen 210, 310 hergestellt werden, iterativ in mehreren Stufen erfolgen.
  • Um eine hochgenaue Positionierung der Schweißbahnen auf den Bauteilen 111, 210, 310 sicherzustellen, kann der Spannrahmen 107 und/oder die Schweißroboter 118 und/oder der Manipulationsroboter 109 mit (in den Figuren nicht gezeigten) Sensoren versehen sein, deren Signale zur hochgenauen Führung der Schweißroboter 118 genutzt wird. Auf diese Weise können auch Form- und Lageabweichungen der Einzelteile 111 bzw. der Bauteil-Untergruppen 210,310 kompensiert werden.
  • Die Auslegung der Spannrahmen 107, 207, 307 und die detaillierte Ablaufplanung der aufeinanderfolgenden Montage- und Fügeschritte stellt – insbesondere bei mehrstufigen Fügeprozessen zum Zusammenbau komplexer Bauteile 2 – eine äußerst komplizierte Planungsaufgabe dar, die vorzugsweise mit Hilfe eines CAD-Systems gelöst wird, welches sowohl eine Simulation der einzelnen Montage- und Fügeschritte als auch eine vollständige Kollisionsbetrachtung ermöglicht.
  • Mit der in 2a gezeigten Gesamtanlage 1 können pro Zeiteinheit ebenso viele Hinterachsträger 14 gefertigt werden wie mit drei parallel zueinander angeordneten Anlagen 1' des in 1a gezeigten Typs. Gegenüber drei Anlagen 1' des in 1a gezeigten Typs benötigt die Gesamtanlage 1 jedoch um etwa 30% weniger Fabrikfläche; weiterhin sind die in der Anlage 1 zum Einsatz kommenden Spannrahmen 107, 207, 307 einfacher und daher preiswerter aufgebaut als die Spannrahmen 7' der Anlage 1'.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung beliebiger zusammengesetzter Bauteile 2, die aufgrund des gewählten Fügeverfahrens und/oder der Raumlage der Fügebereiche mehrstufig, d.h. in mehreren Fügeschritten, aus Einzelelementen 205, 305, 111 zusammengefügt werden müssen. Beispiele für weitere Anwendungen des Verfahrens im Fahrzeugbau sind die Herstellung von Rahmenkonstruktionen und Karosseriekomponenten, wie z.B. Integralträger, Instrumententräger und A-, B- und C-Säulen.
  • Neben den oben beschriebenen Schweißanwendungen, insbesondere dem Schweißen von Aluminiumblechen, bietet das erfindungsge mäße Verfahren auch für Klebeanwendungen große Vorteile: Da im Großserieneinsatz die Klebstoffraupen mittels sehr voluminöser Auftragsvorrichtungen aufgebracht werden, dürfen Spannrahmen 107, 207, 307 und Spannvorrichtungen 108, 208, 308 nicht in die Umgebungen der Fügebereiche der zu verklebenden Bauteile 205, 305, 111 in Zusammenbaulage hineinreichen. Hier bringt die filigrane Gestaltung der Spannrahmen 107, 207, 307 erhebliche Vorteile.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils (2) aus mehreren Bauteil-Einzelelementen (205, 305, 111), die zumindest abschnittsweise durch linienhafte Schweiß- und/oder Klebenähte miteinander verbunden werden, – wobei die Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) in einer vorgegebenen räumlichen Ausrichtung in Spannelemente (108, 208, 308) eingelegt werden, die der Geometrie des entsprechenden Bauteil-Einzelelements (205, 305, 111) angepasst sind, – wobei die in den Spannelementen (108, 208, 308) fixierten Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) mit Hilfe eines die Spannelemente (108, 208, 308) aufnehmenden Spannrahmens (107, 207, 307) relativ zueinander positioniert werden, dadurch gekennzeichnet, – dass eine erste Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (205) auf einem ersten Spannrahmen (207) fixiert und zu einer ersten Bauteil-Untergruppe (210) gefügt werden, – dass eine zweite Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (305) auf einem zweiten Spannrahmen (307) fixiert und zu einer zweiten Bauteil-Untergruppe (310) gefügt werden – dass schließlich aus den beiden Untergruppen (210, 310), ggf. unter Verwendung weiterer Einzelelemente (111), das Bauteil (2) gefügt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrahmen (207, 307) während des Fügens der Bauteil-Einzelelemente (205, 305) zu einer Bauteil-Untergruppe (210, 310) mit Hilfe eines Industrieroboters (220, 320) gegenüber einem Fügeroboter (218, 318) positioniert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Bauteil-Einzelelemente (205, 305) mit Hilfe kooperierender Roboter (218, 220) miteinander gefügt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zum Fügen der Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) und/oder der Bauteil-Untergruppen (210, 310) ein Schweißverfahren verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zum Fügen der Bauteil-Einzelelemente (205, 305, 111) und/oder der Bauteil-Untergruppen (210, 310) ein Klebeverfahren verwendet wird.
  6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Fügen mehrerer Bauteil- Einzelelemente (205, 305, 111) aus Aluminium-Blech mit Hilfe eines Schweißverfahrens verwendet wird.
  7. Produktionsanlage (1) zur Herstellung eines komplexen Bauteils (2) aus mehreren Bauteil-Einzelementen (205, 305, 111), die zumindest abschnittsweise durch linienhafte Schweiß- und/oder Klebenähte miteinander verbunden werden, – mit einer ersten Arbeitszelle (201) zur Herstellung einer ersten Bauteil-Untergruppe (210) durch Zusammenfügen einer ersten Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (205) auf einem ersten Spannrahmen (207), – mit einer zweiten Arbeitszelle (301) zur Herstellung einer zweiten Bauteil-Untergruppe (310) durch Zusammenfügen einer zweiten Gruppe von Bauteil-Einzelelementen (305) auf einem zweiten Spannrahmen (307), – und einer dritten Arbeitszelle (101) zur Herstellung des Bauteils (2) durch Zusammenfügen der ersten Bauteil-Untergruppe (210) mit der zweiten Untergruppe (310), gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Einzelelemente (111).
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