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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen wenigstens einer Schweißnaht zum Verbinden von Bauteilen im Kraftfahrzeugbereich.
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Obwohl auf beliebige Bauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Bauteile für Kraftfahrzeugtüren oder Kraftfahrzeugsitze näher erläutert.
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Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich ist es oft erforderlich, Bauteile mittels Schweißens zusammenzufügen. Vielfach werden die Bauteile mit einer Überlappverbindung gefügt, welche mittels Laserschweißens, insbesondere Laser-Remote-Schweißens erzeugt wird. Weiterhin ist es bekannt, während des Laserschweißens einen oder mehrere Schweißparameter zu überwachen, beispielsweise die Stabilität des Dampfkanals (Englisch: ”key hole stability”). Der Schweißparameter erlaubt es, zu ermitteln, ob die erzeugt Schweißnaht den Anforderungen entspricht, wozu der Schweißparameter mit einem vorbestimmten Schweißnahtkriterium verglichen wird. Wird die Schweißnaht für ”n. i. O.” (nicht in Ordnung) befunden, werden die Bauteile mit der mangelhaften Schweißnaht entsorgt oder gelangen in die Nacharbeit. Eine Nacharbeit ist aber nur erlaubt, wenn diese vom Abnehmer, beispielweise dem Fahrzeughersteller, freigegeben ist. Die Nacharbeit erfolgt in gesonderten Bereichen der Produktion und erfordert ein erneutes Einspannen der Bauteile in eine entsprechende Schweißvorrichtung, das erneute Rüsten eines entsprechenden Lasers usw., was kostspielig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie eine Baugruppe bereitzustellen, welches bzw. welche die genannten Nachteile reduzieren oder beseitigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer Schweißnaht zum Verbinden von Bauteilen im Kraftfahrzeugbereich bereitgestellt, welches folgende Schritte aufweist:
- – Einbringen der Bauteile in eine Schweißzelle;
- – Erzeugen wenigstens einer ersten Schweißnaht zum Verbinden der Bauteile;
- – Erfassen wenigstens eines Schweißnahtparameters der ersten Schweißnaht;
- – Auswerten des wenigstens einen erfassten Schweißnahtparameters, inwiefern dieser ein vorbestimmtes Schweißnahtkriterium erfüllt;
- – Erzeugen einer zweiten Schweißnaht zum Verbinden der Bauteile neben der ersten Schweißnaht für den Fall, dass der Schweißnahtparameter das vorbestimmte Schweißnahtkriterium nicht erfüllt; und
- – Ausbringen der verschweißten Bauteile aus der Schweißzelle.
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Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Herstellen wenigstens einer Schweißnaht zum Verbinden von Bauteilen im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit:
einer Schweißzelle zum Aufnehmen der Bauteile;
einem Schweißroboter zum Erzeugen einer Schweißnaht zum Verbinden der Bauteile in der Schweißzelle;
einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Schweißnahtparameters der erzeugten Schweißnaht;
einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten des wenigstens einen Schweißnahtparameters, inwiefern dieser ein vorbestimmtes Schweißnahtkriterium erfüllt;
einer Ausbringeinrichtung zum Ausbringen der verschweißten Bauteile aus der Schweißzelle;
einer Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist:
- – den Schweißroboter zum Erzeugen einer ersten Schweißnaht zum Verbinden der Bauteile zu steuern;
- – den Schweißroboter zum Erzeugen einer zweiten Schweißnaht zum Verbinden der Bauteile neben der ersten Schweißnaht zu steuern für den Fall, dass die Auswertung mittels der Auswerteinrichtung ergibt, dass der mittels der Erfassungseinrichtung erfasste Schweißnahtparameter das vorbestimmte Schweißnahtkriterium nicht erfüllt; und
- – die Ausbringeinrichtung zum Ausbringen der verschweißten Bauteile aus der Schweißzelle zu steuern; bereitgestellt.
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Ferner wird eine Baugruppe bereitgestellt, welche Bauteile aufweist, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder mittels der Vorrichtung hergestellt ist.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, sogleich eine die Bauteile verbindende zweite Schweißnaht neben der ersten Schweißnaht vorzusehen, wenn festgestellt wird, dass die erste Schweißnaht nicht den Anforderungen entspricht, und zwar noch bevor die mit der ersten Schweißnaht verbundenen Bauteile die Schweißzelle verlassen. D. h., die ”Nacharbeit” erfolgt in der Schweißzelle und nicht, wie einleitend beschrieben, in einem separaten Produktionsbereich. Dadurch entfällt ein erneutes Einspannen der Bauteile in der entsprechenden Schweißvorrichtung, ein erneutes Rüsten des Lasers usw.. Somit ergibt sich vorteilhaft ein effizienter Prozess.
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Die Bezeichnung ”Schweißzelle” bezeichnet vorliegend einen räumlich abgetrennten Bereich, welcher typischerweise von einem Schutzzaun oder Wänden umgeben ist und welcher den Arbeitsbereich des Schweißroboters darstellt.
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Mit der Erläuterung, dass die zweite Schweißnaht ”neben” der ersten Schweißnaht vorgesehen wird, wird vorliegend verstanden, dass die erste und zweite Schweißnaht einen Abstand von wenigen Zentimetern, vorzugsweise wenigen Millimetern zueinander aufweisen. Weiter bevorzugt beträgt der Abstand zwischen 1 und 10 Millimeter, noch weiter bevorzugt zwischen 1 und 4 Millimeter. ”Abstand” bezieht sich vorliegend auf eine Richtung quer zur Längserstreckung einer jeweiligen Schweißnaht.
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Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schweißnahtparameter der zweiten Schweißnaht erfasst und ausgewertet, ob dieser ein vorbestimmtes Schweißnahtkriterium der zweiten Schweißnaht erfüllt. Dadurch kann vorteilhaft auch erkannt werden, ob die zweite Schweißnaht fehlerhaft ist. Eine dritte Schweißnaht soll, wenn festgestellt wird, dass die zweite Schweißnaht ebenfalls mangelhaft ist, im Allgemeinen nicht vorgesehen werden, wenn auch dies keinesfalls vorliegend ausgeschlossen wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn die erste Schweißnaht das vorbestimmte Schweißnahtkriterium nicht erfüllt, ein Nachschweißbarkeitsparameter der ersten Schweißnaht mit einem vorbestimmten Nachschweißbarkeitskriterium verglichen wird und, wenn der Nachschweißbarkeitsparameter das Nachschweißbarkeitskriterium erfüllt, die zweite Schweißnaht neben der ersten Schweißnaht erzeugt wird und die Bauteile, wenn der Nachschweißbarkeitsparameter das Nachschweißbarkeitskriterium nicht erfüllt, aus der Schweißzelle ausgebracht werden, ohne dass eine zweite Schweißnaht neben der ersten Schweißnaht vorgesehen wird. Dadurch werden vorteilhaft nur die Bauteile nachgeschweißt, d. h. mit der zweiten Schweißnaht versehen, für die das auch möglich ist, ohne dass die Bauteile Schaden nehmen. Der Nachschweißbarkeitsparameter wird für eine jeweilige erste Schweißnaht im Vorfeld beispielweise durch Versuche ermittelt und insbesondere in einer Datenbank abgespeichert.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn der Schweißnahtparameter der ersten Schweißnaht das vorbestimmte Schweißnahtkriterium und der Nachschweißbarkeitsparameter der ersten Schweißnaht das Nachschweißbarkeitskriterium nicht erfüllen, die Bauteile aus der Schweißzelle ausgebracht und in einem ersten Ablagebereich abgelegt werden und/oder, wenn die Schweißnahtparameter der ersten und zweiten Schweißnaht beide das jeweilige vorbestimmte Schweißnahtkriterium nicht erfüllen, die Bauteile aus der Schweißzelle ausgebracht und in einem ersten Ablagebereich abgelegt werden. Bauteile in dem ersten Ablagebereich sind endgültig unbrauchbar und werden entsorgt. Die Zuordnung der unbrauchbaren Bauteile zu einem separaten Ablagebereich führt zu einem effizienten Prozess.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn der Schweißnahtparameter der ersten Schweißnaht das vorbestimmte Schweißnahtkriterium nicht und der Schweißnahtparameter der zweiten Schweißnaht das vorbestimmte Schweißnahtkriterium erfüllt, die Bauteile aus der Schweißzelle ausgebracht und in einem zweiten Ablagebereich abgelegt werden und/oder, wenn der erste Schweißnahtparameter das vorbestimmte Schweißnahtkriterium erfüllt, die Bauteile aus der Schweißzelle ausgebracht und in einem zweiten Ablagebereich abgelegt werden. Bauteile in dem zweiten Ablagebereich sind mangelfrei und können in nachfolgenden Prozessen weiterverarbeitet werden. Die Zuordnung der brauchbaren Bauteile zu einem separaten Ablagebereich führt zu einem effizienten Prozess.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bauteile in eine Schweißvorrichtung eingespannt und erst nach dem Erzeugen der ersten und zweiten Schweißnaht wieder entnommen werden. D. h., die Bauteile werden zwischen dem Erzeugen der ersten und zweiten Schweißnaht nicht aus der Schweißvorrichtung entnommen, was Arbeit spart.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mehrere erste Schweißnähte an unterschiedlichen Positionen der Bauteile erzeugt werden, wobei die Auswertung eines jeweiligen Schweißparameters mit oder nach Erstellung einer jeweiligen Schweißnaht erfolgt und die eine oder mehreren zweiten Schweißnähte nach dem Erzeugen sämtlicher erster Schweißnähte erzeugt werden. Dadurch haben die zweiten Schweißnähte im Durchschnitt gesehen mehr Zeit, um abzukühlen, bevor eine etwaige zweite Schweißnaht gesetzt wird, was sich positiv auf die Qualität der zweiten Schweißnaht auswirkt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bauteile Bauteile für eine Kraftfahrzeugtüre oder einen Kraftfahrzeugsitz sind, die erste und/oder zweite Schweißnaht mittels Laser-Remote-Schweißens erzeugt wird und/oder der Schweißparameter der ersten und/oder zweiten Schweißnaht die Stabilität des Dampfkanals beschreibt. Beispielsweise können die Bauteile zumindest ein Profilteil, insbesondere ein geschlossenes Profilteil, umfassen. Das Profilteil kann als ein Rahmenabschnitt oder Seitenaufprallschutz einer Kraftfahrzeugtüre ausgebildet sein. Weiterhin können die Bauteile Bauteile einer Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes, insbesondere eines Holms oder Querträgers derselben, sein. Die genannten speziellen Bauteile bzw. erste Schweißnähte an diesen erfüllen in der Regel das Nachschweißbarkeitskriterium.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein Diagram, welches einen Verfahrensablauf gemäß einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert;
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2 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Baugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4A–4C Detailansichten I, II bzw. III aus 3.
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In den Figuren der Zeichnung bezeichnen – sofern nichts anderes angegeben ist – gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile, Elemente und Merkmale.
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1 zeigt ein Diagram, welches einen Verfahrensablauf gemäß einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. 2 zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird auf beide Figuren Bezug genommen. Sämtliche nachfolgend beschriebenen Prozesse werden vorzugsweise von einer Steuereinrichtung 11 gesteuert, bei der es sich typischerweise um einen Mikroprozessor handelt.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden zwei Bauteile 12, 14, insbesondere zwei Bleche, in eine Schweißzelle 16 mittels beispielsweise einer Einbringvorrichtung 17, insbesondere ein Roboter oder ein Förderband, verbracht und in eine Schweißvorrichtung 18 eingespannt. Hiernach bewegt sich die Schweißvorrichtung 18 aus einer nicht dargestellten Beladeposition innerhalb der Schweißzelle 16 in die in 2 gezeigte Schweißposition. Die Schweißzelle 16 kann beispielweise durch einen Zaun, Wände und/oder Lichtschranken definiert sein und entspricht in etwa dem Arbeitsbereich eines Schweißroboters 20.
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Der Schweißroboter 20 weist einen Laser 22 auf und fährt über die Bauteile 12, 14, welche im Überlappstoß in der Schweißvorrichtung 18 eingespannt sind. Dabei wird eine erste Schweißnaht 24 im Remote-Schweißverfahren erzeugt (Schritt S2 in 1). Während des Erzeugens der ersten Schweißnaht 24 erfasst eine Erfassungseinrichtung 26 gleichzeitig einen Schweißparameter, nämlich gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Stabilität des Dampfkanals. Dies kann dadurch geschehen, dass die Erfassungseinrichtung einen Sensor aufweist, welcher die Temperatur in dem Dampfkanal misst. Eine Auswerteeinrichtung 28 wertet aus, ob der Schweißparameter ein vorbestimmtes Schweißnahtkriterium erfüllt. Bei dem Schweißnahtkriterium handelt es sich beispielsweise um einen bestimmten Wert für die Stabilität des Dampfkanals, insbesondere um eine bestimmte Temperatur in dem Dampfkanal.
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Erfüllt der erfasste Schweißparameter das Schweißnahtkriterium, liegt also beispielweise der gemessene Temperaturverlauf oberhalb einer bestimmten Temperatur, so entscheidet (Schritt S3) die Steuereinrichtung 11, dass die gebildete Baugruppe 30 mangelfrei (”i. O.”) ist. Hiernach bewegt sich die Schweißvorrichtung 18 in eine in 2 nicht dargestellte Entladeposition, woraufhin eine Ausbringvorrichtung 32, beispielsweise ein Roboter oder ein Förderband, die Baugruppe 30 in einem Ablagebereich 34 ablegt (Schritt S4). Von dem Ablagebereich 34 wird die Baugruppe 30 abgeholt und weiterverarbeitet.
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Erfüllt der erfasste Schweißparameter nicht das Schweißnahtkriterium, liegt also beispielweise der gemessene Temperaturverlauf unterhalb einer bestimmten Temperatur, so entscheidet (Schritt S3) die Steuereinrichtung 11, dass die gebildete Baugruppe 30 mangelhaft (”n. i. O.”) ist. Nun liest die Auswerteeinrichtung 28 aus einem Speicher 36 einen Nachschweißbarkeitsparameter aus, welcher Auskunft darüber gibt, ob eine zweite Schweißnaht 38 neben der ersten Schweißnaht 24 vorgesehen werden darf oder nicht. Der Nachschweißbarkeitsparameter wird durch Experimente bestimmt, in welchen ermittelt wird, inwieweit eine zweite Schweißnaht ein jeweiliges Bauteil 12, 14 oder die Baugruppe 30 schwächt. Anschließend vergleicht die Auswerteeinrichtung 28 den Nachschweißbarkeitsparameter (nachschweißbar/nicht nachschweißbar) mit einem Nachschweißbarkeitskriterium (= nachschweißbar). Wird das Nachschweißbarkeitskriterium erfüllt, so entscheidet (Schritt S5) die Steuereinrichtung 11, dass die zweite Schweißnaht 38 ausgeführt wird und steuert den Schweißroboter 20 samt Laser 22 entsprechend an. Das Erzeugen der zweiten Schweißnaht 38 ist in 2 als Schritt S6 bezeichnet.
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Gleichzeitig mit dem Erzeugen der zweiten Schweißnaht 38 erfasst die Erfassungseinrichtung 26 wiederum den Schweißparameter der zweiten Schweißnaht 38, nämlich gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Stabilität des Dampfkanals. Die Auswerteeinrichtung 28 wertet wieder aus, ob der Schweißparameter ein vorbestimmtes Schweißnahtkriterium der zweiten Schweißnaht erfüllt. Bei diesem Schweißnahtkriterium handelt es sich bevorzugt ebenfalls um einen bestimmten Wert für die Stabilität des Dampfkanals, insbesondere um eine bestimmte Temperatur in dem Dampfkanal.
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Erfüllt der erfasste Schweißparameter der zweiten Schweißnaht 38 das dieser zugeordnete Schweißnahtkriterium, liegt also beispielweise der gemessene Temperaturverlauf oberhalb einer bestimmten Temperatur, so entscheidet (Schritt S7) die Steuereinrichtung 11, dass die gebildete Baugruppe 30' mangelfrei (”i. O.”) ist. Hiernach bewegt sich die Schweißvorrichtung 18 in die in 2 nicht dargestellte Entladeposition, woraufhin die Ausbringvorrichtung 32 die Baugruppe 30' in den Ablagebereich 34 ablegt (Schritt S4). Von dem Ablagebereich 34 wird die Baugruppe 30' abgeholt und weiterverarbeitet.
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In dem Fall, dass die erste Schweißnaht 24 mangelhaft ist, der Nachschweißbarkeitsparameter jedoch nicht das Nachschweißbarkeitskriterium erfüllt, so entscheidet (Schritt S7) die Steuereinrichtung 11, dass die gebildete Baugruppe 30'' endgültig mangelhaft (”n. i. O.”) ist. Hiernach bewegt sich die Schweißvorrichtung 18 in die in 2 nicht dargestellte Entladeposition, woraufhin die Ausbringvorrichtung 32 die Baugruppe 30'' in einen Ablagebereich 40 ablegt (Schritt S8). Von dem Ablagebereich 34 wird die Baugruppe 30'' abgeholt und entsorgt.
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In dem Fall, dass die zweite Schweißnaht 24 mangelhaft ist, entscheidet (Schritt S7) die Steuereinrichtung 11, dass die gebildete Baugruppe 30''' endgültig mangelhaft (”n. i. O.”) ist. Hiernach bewegt sich die Schweißvorrichtung 18 in die in 2 nicht dargestellte Entladeposition, woraufhin die Ausbringvorrichtung 32 die Baugruppe 30''' in dem Ablagebereich 40 ablegt (S8). Von dem Ablagebereich 34 wird die Baugruppe 30''' abgeholt und entsorgt.
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Die Auswerteeinrichtung 28 sowie der Speicher 36 können in den Mikroprozessor der Steuereinrichtung 11 integriert sein.
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3 zeigt ausschnittsweise eine mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellte Baugruppe 30'. Die 4A bis 4B zeigen vergrößerte Ansichten I, II bzw. II aus 3.
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Die Baugruppe 30' ist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Kraftfahrzeugsitzrückenlehne, welche mehrere Bleche 12, 14 umfasst, die mittels erster und zweiter Schweißnähte 24, 38 miteinander verbunden sind. Die Schweißnähte 24, 38 weisen einen Abstand A zwischen 1 und 3 mm zueinander auf. Die Länge der Schweißnähte 24, 38 beträgt zwischen 10 und 30 mm. Das Blech 12 bildet beispielweise einen Querträger der Rückenlehne und das Blech 14 einen Holm der Rückenlehne. Beispielsweise kann der Querträger 12 in dem Bereich 42, in welchem er mittels der ersten und zweiten Schweißnaht 24, 38 versehen ist, mit einem Hohlprofil (nicht erkennbar, weil nicht im Schnitt dargestellt) gebildet sein.
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In dem Fall, dass, wie für die in 3 gezeigte Baugruppe 30', mehrere erste und zweite Schweißnähte 24, 38 vorgesehen werden, schweißt der Schweißroboter 20 bevorzugt immer erst alle erste Schweißnähte 24 und dann die zweiten Schweißnähte 38 soweit erforderlich. Die Auswertung der Schweißparameter erfolgt bevorzugt immer parallel zu dem Erzeugen der ersten und zweiten Schweißnähte 24, 38. Dies hat beispielweise den Vorteil, dass keine Zeit auf das Erzeugen auch nur einer einzigen zweiten Schweißnaht 38 verwendet werden braucht, wenn sich herausstellt, dass bezüglich nur einer der ersten Schweißnähte 24 das Nachschweißbarkeitskriterium nicht erfüllt ist.
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Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Ferner sind die vorliegend für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäße Baugruppe entsprechend anwendbar, und umgekehrt. Weiter sei darauf hingewiesen, dass „ein” vorliegend keine Mehrzahl ausschließt.
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Die Einbringvorrichtung 11 kann die Schweißvorrichtung 18 auch außerhalb der Schweißzelle 16 mit den Bauteilen 12, 14 beladen und/oder die Ausbringvorrichtung 17 kann die geschweißte Baugruppe 30, 30', 30'', 30''' auch außerhalb der Schweißzelle 16 aus der Schweißvorrichtung entnehmen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Schweißvorrichtung 18 stationär in der in 2 dargestellten Schweißposition vorgesehen sein, d. h. diese bewegt sich nicht zu einer Entladeposition oder Beladeposition.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Steuereinrichtung
- 12
- Bauteil
- 14
- Bauteil
- 16
- Schweißzelle
- 17
- Einbringvorrichtung
- 18
- Schweißvorrichtung
- 20
- Schweißroboter
- 22
- Laser
- 24
- erste Schweißnaht
- 26
- Erfassungseinrichtung
- 28
- Auswerteeinrichtung
- 30
- Baugruppe
- 30'
- Baugruppe
- 30''
- Baugruppe
- 30'''
- Baugruppe
- 32
- Ausbringvorrichtung
- 34
- Ablagebereich
- 36
- Speicher
- 38
- zweite Schweißnaht
- 40
- Ablagebereich
