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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Bauteils gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Zum
technologischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählt ferner
die
DE 36 19 643 C2 .
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Fahrzeugkarosserien
bestehen aus einer Vielzahl einzelner miteinander verbundener Blech- bzw.
Kunststoffteile, die sowohl aus technisch-funktionalen Gründen als
auch aus Design-Gründen
in ihrer Kontur und Form möglichst
exakt den konstruktiven Vorgaben entsprechen sollen. Um eine hohe Maßhaltigkeit
der Fahrzeugkarosserie zu erreichen kommt es nicht nur darauf an,
dass die einzelnen Teile an sich möglichst exakt gemäß den konstruktiven Vorgaben
gefertigt werden. Die exakte Bauteilfertigung ist lediglich eine
notwendige aber nicht hinreichende Voraussetzung für eine hohe
Maßhaltigkeit der
Karosserie. Hinzu kommen muss, dass beim Fügen der einzelnen Karosseriekomponenten
von der Konstruktion vorgegebene „Anschlussmaße” möglichst
exakt eingehalten werden. Diese auf den ersten Blick trivial erscheinenden
Anforderungen bestehen bereits seit den Anfängen des Karosseriebaus; dennoch
bereiten sie in der Praxis nach wie vor Schwierigkeiten.
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Neuerdings
kommen im Fahrzeugkarosseriebau zunehmend sogenannte „hochfeste
Stähle” zum Einsatz,
die im Vergleich zu herkömmlichen Stahlsorten
bei der Kaltumformung erheblich größere Maßabweichungen aufweisen können. So
treten beim Tiefziehen hochfester Stahlbleche üblicherweise größere ”Aufsprünge” auf als
bei herkömmlichen Stahlblechen.
Unter dem Begriff ”Aufsprung” versteht man,
dass beim Entnehmen des tiefgezogenen Bauteils aus dem Tiefziehwerkzeug
das Werkstück
in gewissem Umfang „rückfedert”. Der Umformgrad,
des aus der Tiefziehpresse entnommenen Werkstücks ist also geringer als der
Umformgrad, den das Werkstück
gegen Ende des Tiefziehzyklus im Tiefziehwerkzeug hatte. Da eine
exakte Berechnung des Aufsprungverhaltens von Tiefziehbauteilen
sehr komplex und nicht immer exakt möglich ist, können bei der
Gestaltung von Umformwerkzeugen mehrere ”Iterationsschleifen” erforderlich
werden.
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Für die Planung,
Konstruktion und Fertigung von Presswerkzeugen müssen daher aufwändige Fehleranalysen
an den realen Teilen durchgeführt werden,
um festzustellen, an welchen Stellen das Werkzeug gegebenenfalls
nachbearbeitet werden muss. Nur so kann unter Berücksichtigung
der Materialeigenschaften des verwendeten Blechs, insbesondere seiner
Aufsprungeigenschaften, möglichst exakt
die von der Konstruktion vorgegebene Soll-Geometrie erreicht werden.
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Ein
Problem bei derartigen Fehleranalysen besteht darin, dass herkömmlicher
Weise die gefertigten Teile keine definierten Referenzpunkte aufweisen,
von denen aus die Teile hinsichtlich ihrer Form- und Maßhaltigkeit
vermessen werden können.
Sofern möglich
behilft man sich bei der Vermessung mit ”natürlichen Referenzpunkten” wie z.
B. Bauteilecken, bestimmten markanten Radien, Kantenverläufen o. ä.. Dies
ist aber nicht bei allen Bauteilen möglich, insbesondere nicht mit
der geforderten hohen Genauigkeit. Die Güte der Fehleranalyse hängt dabei in
erheblichem Maße
vom fachlichen Können
des hiermit betrauten Technikers ab.
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Berücksichtigt
man, dass Karosserieteile oftmals nicht in einem einzigen Fertigungsschritt,
sondern häufig
in mehreren aufeinander folgenden „Umformstufen” gefertigt
werden, so wird klar, dass es schwierig werden kann, Maßhaltigkeitsfehler
einem bestimmten Fertigungsschritt bzw. einem bestimmten Werkzeuggeometrie-Fehler
zuzuordnen.
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Es
liegt auf der Hand, dass sich Toleranzen, die bei der Fertigung
einzelner Teile entstehen, beim Fügen der Teile zu einer Fahrzeugkarosserie
entsprechend fortpflanzen. Weist eine Fahrzeugkarosserie Maßhaltigkeitsfehler
auf, so ist nicht in jedem Fall eindeutig entscheidbar, ob der bzw.
die Maßhaltigkeitsfehler
auf Form- bzw. Maßhaltigkeitsfehler
eines oder mehrerer Karosserieteile und/oder auf Maßhaltigkeitsfehler
zurückzuführen sind,
die beim Fügen
der Karosserieteile zur Karosserie entstanden sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils,
insbesondere eines aus mehreren miteinander verbundenen Bauteilen bestehenden
Bauteilverbunds anzugeben, welches die Identifizierung der Ursache(n)
und die Korrektur von Maßhaltigkeitsfehlern
des Bauteils bzw. des Bauteilverbunds erleichtert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils,
insbesondere eines aus mehreren miteinander verbundenen Bauteilen
bestehenden Bauteilverbunds, wie z. B. einer Fahrzeugkarosserie,
der bzw. die aus einer Vielzahl von Einzelteilen – Struktur-
und Außenhautteilen – zusammengefügt sein
kann. Sowohl bei der Herstellung der einzelnen miteinander zu verbindenden Bauteile
als auch beim Fügen
der einzelnen Bauteile zu dem Bauteilverbund werden mehrere Fertigungsschritte durchlaufen.
Ausgangspunkt der Herstellung der einzelnen Bauteile können Bleche
sein, die z. B. in Form ebener Blechplatinen vorliegen können.
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Es
sei ausdrücklich
erwähnt,
dass die Erfindung nicht auf Blechteile beschränkt ist, sondern auch auf aus
anderen Materialien hergestellte Bauteile, wie z. B. Spritzgussteile
aus Kunststoff anwendbar ist. Wenngleich im Folgenden häufig der
Begriff „Blech” verwendet
wird, so ist hierunter ganz allgemein ein Bauteil aus einem Metall
oder aus einem anderen Werkstoff zu verstehen.
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Das ”Ausgangsblech” bzw. „Ausgangsmaterial” wird in
einem ersten Fertigungsschritt, der hier als „formgebender Fertigungsschritt” definiert
ist, in eine dem herzustellenden Bauteil ähnelnde Form vorgeformt. So
kann beispielsweise ein vorgeschnittenes ebenes Blech in dem „ersten
Fertigungsschritt” tiefgezogen,
d. h. in eine dreidimensionale Form umgeformt werden. Als formgebender
erster Fertigungsschritt kann aber auch bereits beispielsweise das Aus-
bzw. Abschneiden oder Ausstanzen eines ebenen Ausgangsblechs aus
einem „Blechcoil” angesehen
werden. Grundsätzlich
handelt es sich bei dem ersten formgebenden Fertigungsschritt um
einen „sehr
frühen” Fertigungsschritt,
bei dem noch kein Fehler vorliegen bzw. gemacht werden kann, der
sich unmittelbar oder signifikant auf die Maßhaltigkeit des herzustellenden
Bauteils bzw. Bauteilverbunds auswirken kann.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass bei dem Vorformen des herzustellenden
Bauteils, d. h. bereits bei dem ersten formgebenden Fertigungsschritt,
in bzw. an dem vorgeformten Bauteil eine Markierung erzeugt wird,
die als Referenzpunkt für mindestens
einen der weiteren Fertigungsschritte, d. h. für mindestens einen nachfolgenden
Umformschritt und/oder für
mindestens einen nachfolgenden „Fügeschritt” dient, bei dem das Bauteil
mit mindestens einem weiteren Bauteil zu einem Bauteilverbund, wie
z. B. einer Fahrzeugkarosserie, zusammengefügt wird.
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Diese
auf den ersten Blick vermeintlich trivial erscheinende Maßnahme ermöglicht es
auch bei komplex gestalteten dreidimensionalen Bauteilen, die keine „natürlichen” Referenzpunkte
oder Referenzkanten o. ä.
aufweisen, exakte Form- und Maßhaltigkeitskontrollen
durchzuführen
und zwar sowohl an dem Bauteil an sich als auch relativ zu anderen Bauteilen
sofern das Bauteil mit anderen Bauteilen zu einem Bauteilverbund
zusammengefügt
wird.
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Bei
der Kontrolle der Form- bzw. Maßhaltigkeit
des Bauteils kann das herzustellende Bauteil ausgehend von dem in
dem ersten formgebenden Fertigungsschritt gesetzten ”definierten
Referenzpunkt” exakt
vermessen werden. Auch für
das spätere
Fügen einzelner
Bauteile zu dem Bauteilverbund kann der Referenzpunkt zur Überprüfung der
Maßhaltigkeit
des Bauteilverbunds verwendet werden. So können beispielsweise z. B. bei
der Überprüfung von „Spaltmaßen” zwischen
einzelnen Bauteilen des Bauteilverbunds zunächst die relativen Abstände der einzelnen
Markierungen bzw. Referenzpunkte der einzelnen Bauteile überprüft werden.
Sofern die einzelnen Bauteile an ihren Referenzpunkten einwandfrei
relativ zueinander positioniert sind, kann bei einem Vorliegen von
Spaltmaßtoleranzen
eindeutig analysiert werden, auf welche Maßhaltigkeitsfehler die Spaltmaßtoleranzen
zurückzuführen sind.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der Markierung
um eine Markierung, die ausschließlich als Referenzpunkt dient
und nicht etwa um einen ”natürlichen
Referenzpunkt” bzw.
um eine „natürliche Referenzkante”, im Sinne
einer Bauteilecke, einer Bauteilkante, der „Mitte” eines markanten Bauteilradius
o. ä.
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Die
als Referenzpunkt dienende Markierung kann in die Oberfläche des
vorzuformenden Bauteils eingeprägt
werden. Von Vorteil für
die exakte Bestimmung der Position des Referenzpunkts ist es, wenn die
Markierung durch zwei sich fadenkreuzartig schneidende Linien gebildet
ist.
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Bei
Bauteilen, die in einer Tiefziehpresse hergestellt werden, kann
vorgesehen sein, dass die Markierung als Referenzpunkt und zusätzlich als
sogenannte ”Enddruckmarkierung” dient.
Unter einer „Enddruckmarkierung” versteht
man eine Markierung, die mittels eines in das Presswerkzeug integrierten ”Stempels” erzeugt
wird, der erst dann ausfährt,
d. h. der die Markierung erst dann erzeugt, wenn die Presswerkzeuge
einen bestimmten definierten Vorform- bzw. Prägezustand erzeugt haben. Bei
Vorliegen der Enddruckmarkierung ist also mit einem Blick erkennbar,
dass der betreffende Umformschritt vollständig ausgeführt wurde.
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Anstatt
einer einzigen Markierung können pro
Bauteil auch zwei, drei oder mehrere Markierungen als Referenzpunkte
gesetzt werden. So können bei
einem Bauteilverbund, wie z. B. bei einer Fahrzeugkarosserie, exakt
Soll-Ist-Abweichungen
an bzw. in Bezug zu mehreren Referenzpunkten ermittelt und somit
die Form- und Maßhaltigkeit
der gesamten Fahrzeugkarosserie noch besser überprüft werden.
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Markierungen
in der Form sich fadenkreuzartig schneidender Linien können sowohl
mittels herkömmlicher
taktiler Messgeräte
als auch mittels neuerer optoelektronischer Messeinrichtungen exakt detektiert
werden. Ausgehend von der bzw. den Referenzpunkten eines Bauteils
können
selbst komplexe Bauteilgeometrien mittels optoelektronischer Messverfahren
abgetastet bzw. eingescannt und rechnerisch und/oder graphisch zu
einem Volumenmodell des Ist-Bauteils aufbereitet werden.
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Die
eingescannte Ist-Geometrie kann dann rechnerisch mit der von der
Konstruktion vorgegebenen Soll-Geometrie verglichen werden. Soll-Ist-Abweichungen können sehr
anschaulich grafisch, insbesondere farblich, dargestellt werden.
Eine entsprechende graphische Darstellung macht mit einem Blick
deutlich in welchen Bereichen Korrekturen an Fertigungswerkzeugen
und oder bei der relativen Lage einzelner Bauteile eines Bauteilverbundes
vorgenommen werden müssen.