DE102004028787A1

DE102004028787A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Karosseriebauteilen eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102004028787A1
Application number: DE102004028787A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Brysch; Igor Dipl.-Ing. Haschke; Michael Dipl.-Ing. Mames
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Karosseriebauteilen eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils 1 und eines Seitenwandteils 3 eines Kraftfahrzeugs, wobei ein erstes Fügebauteil 2 und ein zweites Fügebauteil 4 eine Verbindungsnaht 7 bildend aneinander gelegt und mittels eines Verbindungswerkzeugs 17 unlösbar miteinander verbunden werden. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden von eine Verbindungsnaht 7 bildend aneinander liegenden Fügebauteilen 2, 4 einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils 1 und eines Seitenwandteils 3 einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, mit einem die Verbindungsnaht 7 entlang führbaren Verbindungswerkzeug 17 zum unlösbaren Verbinden der Fügebauteile 2, 4. Zur Minimierung von Fertigungstoleranzen wird vorgeschlagen, dass ein beide Fügebauteile 2, 4 gleichzeitig niederhaltendes Druckwerkzeug 11 und diesem unmittelbar nachfolgend das Verbindungswerkzeug 17 die Verbindungsnaht 7 entlang geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Karosseriebauteilen eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils eines Kraftfahrzeugs, wobei ein erstes Fügebauteil und ein zweites Fügebauteil eine Verbindungsnaht bildend aneinander gelegt und mittels eines Verbindungswerkzeugs unlösbar miteinander verbunden werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden von eine Verbindungsnaht bildend aneinander liegenden Fügebauteilen einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, mit einem die Verbindungsnaht entlang führbaren Verbindungswerkzeug zum unlösbaren Verbinden der Fügebauteile.

Eine solche Vorrichtung und ein vorgenanntes Verfahren sind aus DE 195 23 005 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Fahrzeugkarosserie mit einem als Dachteil ausgebildeten ersten Blechteil, das mit einem als Seitenwandteil ausgebildeten zweiten Blechteil durch eine mittels eines eng gebündelten Strahls hoher Energiedichte erzeugte Schmelzschweißnaht verbunden ist. Es ist dafür im Einzelnen in der Fahrzeugkarosserie an einem Basisteil des ersten Blechteils eine mit einem vorgegebenen Winkel abgestellte Seitenwange angeformt, an dem zweiten Blechteil ist ein einwärts gerichteter Flansch angeformt, der zur Anlage an der Seitenwange bestimmt ist, und die Schmelzschweißnaht ist in einer durch die Seitenwange und den Flansch gebildeten Kehle erzeugt worden. Vor dem Erzeugen der Schmelzschweißnaht drückt eine Spannrolle in der Weise auf das Seitenwandteil, dass der Flansch unter Bildung der Kehle an der Seitenwange des Dachteils zur Anlage gebracht wird.

Weiterhin offenbart DE 101 63 391 A1 ein Verfahren zur Verbindung eines ersten Karosseriebauteils und eines zweiten Karosseriebauteils mit einer Verbindungsnaht an einer Nahtfuge. Die Karosseriebauteile sind im Bereich der Nahtfuge an Spannstellen mittels Stell- und Spanneinheiten gehalten, die in Abhängigkeit von messtechnisch erfassten Bauteilkonturen für eine gegenseitige Bauteilkonturausrichtung und Bauteilkonturanpassung geregelt verstellbar sind. Nach einer vorgenannten Bauteilkonturausrichtung und Bauteilkonturanpassung werden die Bauteile mit einer Nahtfuge mit einem gewissen Fugenmaß zugestellt; anschließend wird die Verbindungsnaht angebracht.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Fertigungstoleranzen im Bereich der Verbindungsnaht auf ein geringstmögliches Maß reduziert werden können. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der ein solches Verfahren durchführbar ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem ein beide Fügebauteile gleichzeitig niederhaltendes Druckwerkzeug und diesem unmittelbar nachfolgend das Verbindungswerkzeug die Verbindungsnaht entlang geführt wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft die Verbindungsgeometrie unmittelbar vor dem Herstellen der eigentlichen Verbindung exakt so definiert werden, wie es als Ergebnis vorgesehen ist. Das geschieht einerseits durch das gleichzeitige Niederhalten beider Fügebauteile, wodurch Spanntoleranzen minimiert werden können, und andererseits durch die unmittelbare (zeitliche und räumliche) Zuordnung des Spannens und des Verbindens der Fügebauteile. Dadurch lässt sich zudem in einfacher Weise eine abgestimmte Steuerung und/oder Regelung von Druckwerkzeug und Verbindungswerkzeug, zum Beispiel mittels einer gemeinsamen Computersteuerung, verwirklichen. Mit der Erfindung ist insbesondere auch dann eine nur sehr geringe Fertigungstoleranz einzuhalten, wenn die Fügebauteile große, wenig verwindungssteife Blechbauteile wie Dachteile und Seitenwandteile einer Kraftfahrzeugkarosserie sind. Es kann eine über ihre gesamte Länge exakt verlaufende, nicht von ihrer vorgesehenen Bahn abweichende Verbindungsnaht erzeugt werden. Dabei ist es unerheblich, ob die Verbindungsnaht einen linearen oder einen nicht-linearen Verlauf hat. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung in der regelmäßig höchste Fertigungsqualität erfordernden Großserienfertigung von Kraftfahrzeugen einsetzen. Zusätzlich von Vorteil ist dabei, dass es sich um ein besonders kostengünstiges Verfahren handelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein nicht auf die Verbindung von zwei Fügebauteilen beschränkt, sondern es ist gleichfalls für Mehrbauteilverbindungen geeignet. Die unlösbare Verbindung der Fügebauteile mittels des Verbindungswerkzeugs bedeutet, dass eine Trennung der Verbindung nur bei ihrer gleichzeitigen (mechanischen) Zerstörung möglich ist.

Man könnte sich vorstellen, dass das Druckwerkzeug eine im Querschnitt lineare Druckfläche zum Niederhalten der Fügebauteile aufweist. Insbesondere bei Verbindungsnähten, die eine im Querschnitt nicht-lineare äußere Kontur, zum Beispiel einen Stufensprung, aufweisen ist es hingegen von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Druckwerkzeug eine äußere Kontur der Verbindungs naht quer zur Nahtrichtung vorgibt. Die äußere Kontur des Verbindungsbereichs der Fügebauteile wird somit unmittelbar vor dem Verbindungsvorgang genau vorgegeben.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zwischen Druckwerkzeug und Verbindungswerkzeug ein Andrückwerkzeug seitlich beabstandet von der Verbindungsnaht und die Fügebauteile gegeneinander spannend geführt, so dass ein zusätzliches, definiertes Spannen der Fügebauteile in einer Richtung quer zur Verbindungsnaht ermöglicht ist. Das Andrückwerkzeug ist vorzugsweise eine auf einem der Fügebauteile abrollende Andrückrolle.

Eine besonders geringe Oberflächenbeanspruchung der Fügebauteile ist zu gewährleisten, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Druckwerkzeug als Konturrolle auf den zu verbindenden Fügebauteilen abrollt. Die Konturrolle gibt dabei die äußere Kontur der Verbindungsnaht vor.

Dabei können die Fertigungstoleranzen im Bereich der Verbindungsnaht zusätzlich minimiert werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Konturrolle rotatorisch angetrieben wird.

Demgegenüber lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht, einen vergleichsweise nur geringen apparativen Aufwand erfordernd, verwirklichen, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Druckwerkzeug als Konturschlitten auf den zu verbindenden Fügebauteilen gleitet.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit beliebigen Verbindungsverfahren für die Fügebauteile kombinierbar; denkbar ist hier zum Beispiel auch eine Verklebung des ersten und des zweiten Fügebauteils miteinander. Hingegen ist es für eine hohe Genauigkeit und lange Lebensdauer der Verbindung der Karosseriebauteile von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Verbindungswerkzeug die Fügebauteile in einem Laserstrahlschweißverfahren oder einem Laserlötverfahren oder einem Plasmalötverfahren verbindet. Dabei kann auch Zusatzwerkstoff wie zum Beispiel abschmelzender Schweißdraht oder Lötdraht in die Verbindungsnaht eingebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft beispielsweise für eine Kehlnaht an einem Bördelstoß oder an einem Überlappstoß angewendet werden.

Die oben zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, in der ein ein erstes Fügebauteil und ein zweites Fügebauteil gleichzeitig niederhaltendes Druckwerkzeug dem Verbindungswerkzeug vorlaufbar angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders gut zur kostengünstigen und einfachen Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit der Erfindung kann beispielsweise ein gleichbleibender Stufensprung auf der gesamten Länge der Verbindungsnaht gewährleistet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Verbindungsnaht in ihrer äußeren Kontur und quer zur Nahtrichtung einen Stufensprung auf, und das Druckwerkzeug ist eine Konturrolle mit einer dem Stufensprung entsprechenden Umfangskontur oder ein Konturschlitten mit einer dem Stufensprung entsprechenden Schlittenkontur. So kann in einfacher Weise eine vorgesehene Kontur der Verbindungsnaht mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung exakt vorgegeben und eingestellt werden. Das ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft, wenn mit der Vorrichtung ein Dachteil und ein Seitenwandteil eines Kraftfahrzeugs, die in ihrem Verbindungsbereich üblicherweise einen Stufensprung aufweisen, zu verbinden sind. Zu ihrer seitlichen Führung kann die Konturrolle zusätzlich axial gelagert und entweder schräg geführt und/oder mit einem seitlichen, gegebenenfalls konstanten Anpressdruck beaufschlagt werden. Vorteilhaft besteht die Konturrolle zumindest an ihrer Oberfläche aus einem Werkstoff, der verschleißfest ist und die Oberfläche der Fügebauteile nicht beschädigt, so dass zum Beispiel Verkratzungen ausgeschlossen werden können.

Zur weiteren Verbesserung der Arbeitsqualität der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zwischen Druckwerkzeug und Verbindungswerkzeug ein Andrückwerkzeug zum Spannen der Fügebauteile gegeneinander angeordnet ist.

Eine vorteilhaft sehr dauerhaltbare, stabile und gleichzeitig kostengünstige Verbindung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Verbindungswerkzeug eine Laserstrahlschweißvorrichtung oder eine Laserlötvorrichtung oder eine Plasmalötvorrichtung aufweist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind Ausführungsbeispiele davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigt in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine Vorrichtung zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs in einer Schnittansicht,
2 die Vorrichtung nach 1 in einer Seitenansicht und
3 eine ähnliche Vorrichtung zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs in einer Schnittansicht.
Sich jeweils entsprechende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Abschnitt eines als Dachteil 1 ausgebildeten ersten Fügebauteils 2 und ein Abschnitt eines als Seitenwandteil 3 ausgebildeten zweiten Fügebauteils 4 einer nicht weiter dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Dachteil 1 weist eine Endwange 5 und das Seitenwandteil 3 eine korrespondierende Endwange 6 auf. Dachteil 1 und Seitenwandteil 3 sind in der Weise aneinander gelegt, dass ihre Endwangen 5, 6 gegeneinander zur Anlage kommen. Dadurch wird eine Verbindungsnaht 7 gebildet, die durch von nicht dargestellten Hilfsspannvorrichtungen aufgebrachte Querkräfte, symbolisiert durch Pfeile 8, 9, aufrechterhalten wird.
Das Dachteil 1 und das Seitenwandteil 3 werden gleichzeitig von einem als Konturrolle 10 ausgebildeten Druckwerkzeug 11 gegen einen Gegenhalter 12 niedergehalten. Die Konturrolle 10 ist sowohl axial als auch radial gelagert und übt eine konstante Anpresskraft auf den Verbindungsbereich 13 von Dachteil 1 und Seitenwandteil 3 aus. In diesem Beispiel wird der Gegenhalter 12 von einem Saugnapf 14 gebildet; der Gegenhalter 12 kann aber grundsätzlich beliebig ausgestaltet und gegebenenfalls auch federnd gelagert sein.
Es ist zu erkennen, dass die Verbindungsnaht 7 in ihrer äußeren Kontur und quer zur Nahtrichtung, das heißt hier in der Figurenebene, einen Stufensprung 15 aufweist. Der Stufensprung 15 erstreckt sich in seiner Längsrichtung, das heißt hier im wesentlichen senkrecht zur Figurenebene, über die gesamte Länge der Verbindungsnaht 7 der Karosserie. Eine Umfangskontur 16 der Konturrolle 10 entspricht der äußeren Kontur der Verbindungsnaht 7, das heißt insbesondere, dass die Umfangskontur 16 den Stufensprung 15 wiedergibt. Die Konturrolle 10 läuft auf beiden zu verbindenden Bauteilen, Dachteil 1 und Seitenwandteil 3.
2 zeigt ferner ein Verbindungswerkzeug 17, das das Dachteil 1 und das Seitenwandteil 3 unlösbar miteinander verbindet. Dazu ist das Verbindungswerkzeug 17, das ebenso wie die Konturrolle 10 die Verbindungsnaht 7 entlang geführt wird, als Laserstrahlschweißvorrichtung 18 ausgebildet. Die Laserstrahlschweißvorrichtung 18 ist mit einer adaptiven Laseroptik 19 zur taktilen Führung eines Laserstrahls 20 versehen. Dazu ist ein Schweißdraht 21 in der Höhe einstellbar, symbolisiert durch einen Doppelpfeil 22, und drehbar, symbolisiert durch einen Pfeil 23, an einem Drahthalter 24 angeordnet. Der Schweißdraht 21 führt den Laserstrahl 20 in einer an der Verbindungsnaht 7 gebildeten Kehle und wird gleichzeitig in einem Laserfügebereich 25 abgeschmolzen.
Ferner ist 2 sowohl der Stufensprung 15 als auch der Gegenhalter 12 zu entnehmen, und es ist mit einem Pfeil 26 die Vorschubrichtung der eine Einheit 27 bildenden Elemente Konturrolle 10 und Laserstrahlschweißvorrichtung 18 eingezeichnet. Ein weiterer Pfeil 28 gibt eine von der Konturrolle 10 auf das Dachteil 1 und das Seitenwandteil 3 ausgeübte Andrückkraft an.
In 3 ist ein Abschnitt eines als Dachteil 1 ausgebildeten ersten Fügebauteils 2 und ein Abschnitt eines als Seitenwandteil 3 ausgebildeten zweiten Fügebauteils 4 einer nicht weiter dargestellten Karosserie eines anderen Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Dachteil 1 weist eine Endwange 5 und das Seitenwandteil 3 eine korrespondierende Endwange 6 auf. Dachteil 1 und Seitenwandteil 3 sind in der Weise aneinander gelegt, dass ihre Endwangen 5, 6 gegeneinander zur Anlage kommen. Dadurch wird eine Verbindungsnaht 7 gebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt das Dachteil 1 geführt auf dem Seitenwandteil 3 auf. Auf zusätzliche Spannvorrichtungen zum Fixieren des Dachteils, wie sie nach dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erforderlich sind, kann zumindest weitgehend verzichtet werden; der Aufwand für die erforderliche Spanntechnik wird nach diesem Ausführungsbeispiel verringert. Das Dachteil 1 und das Seitenwandteil 3 werden gleichzeitig von einem als Konturrolle 10 ausgebildeten Druckwerkzeug 11 niedergehalten. Die Konturrolle 10 übt eine Anpresskraft auf den Verbindungsbereich 13 von Dachteil 1 und Seitenwandteil 3 aus.

1: Dachteil
2: Fügebauteil
3: Seitenwandteil
4: Fügebauteil
5: Endwange
6: Endwange
7: Verbindungsnaht
8: Pfeil
9: Pfeil
10: Konturrolle
11: Druckwerkzeug
12: Gegenhalter
13: Verbindungsbereich
14: Saugnapf
15: Stufensprung
16: Umfangskontur
17: Verbindungswerkzeug
18: Laserstrahlschweißvorrichtung
19: Laseroptik
20: Laserstrahl
21: Schweißdraht
22: Doppelpfeil
23: Pfeil
24: Drahthalter
25: Laserfügebereich
26: Pfeil
27: Einheit
28: Pfeil

Claims

Verfahren zum Verbinden von Karosseriebauteilen eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils eines Kraftfahrzeugs, wobei ein erstes Fügebauteil und ein zweites Fügebauteil eine Verbindungsnaht bildend aneinander gelegt und mittels eines Verbindungswerkzeugs unlösbar miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein beide Fügebauteile (2, 4) gleichzeitig niederhaltendes Druckwerkzeug (11) und diesem unmittelbar nachfolgend das Verbindungswerkzeug (17) die Verbindungsnaht (7) entlang geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwerkzeug (11) eine äußere Kontur der Verbindungsnaht (7) quer zur Nahtrichtung vorgibt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Druckwerkzeug (11) und Verbindungswerkzeug (17) ein Andrückwerkzeug seitlich beabstandet von der Verbindungsnaht (7) und die Fügebauteile (2, 4) gegeneinander spannend geführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwerkzeug (11) als Konturrolle (10) auf den zu verbindenden Fügebauteilen (2, 4) abrollt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturrolle (10) rotatorisch angetrieben wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwerkzeug (11) als Konturschlitten auf den zu verbindenden Fügebauteilen (2, 4) gleitet.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungswerkzeug (17) die Fügebauteile (2, 4) in einem Laserstrahlschweißverfahren oder einem Laserlötverfahren oder einem Plasmalötverfahren verbindet.
Vorrichtung zum Verbinden von eine Verbindungsnaht bildend aneinander liegenden Fügebauteilen einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere zum Verbinden eines Dachteils und eines Seitenwandteils einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, mit einem die Verbindungsnaht entlang führbaren Verbindungswerkzeug zum unlösbaren Verbinden der Fügebauteile, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein erstes Fügebauteil (2) und ein zweites Fügebauteil (4) gleichzeitig niederhaltendes Druckwerkzeug (11) dem Verbindungswerkzeug (17) vorlaufbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnaht (7) in ihrer äußeren Kontur und quer zur Nahtrichtung einen Stufensprung (15) aufweist und dass das Druckwerkzeug (11) eine Konturrolle (10) mit einer dem Stufensprung (15) entsprechenden Umfangskontur (16) oder einen Konturschlitten mit einer dem Stufensprung entsprechenden Schlittenkontur aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Druckwerkzeug (11) und Verbindungswerkzeug (17) ein Andrückwerkzeug zum Spannen der Fügebauteile (2, 4) gegeneinander angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungswerkzeug (17) eine Laserstrahlschweißvorrichtung (18) oder eine Laserlötvorrichtung oder eine Plasmalötvorrichtung aufweist.