DE102011102294A1

DE102011102294A1 - Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone

Info

Publication number: DE102011102294A1
Application number: DE102011102294A
Authority: DE
Inventors: Frank Stehle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone (12) mit zumindest einem Positionierelement (14) zum Positionieren eines Schweißbolzens an einem Schweißpunkt eines zu bearbeitenden Bauteils (10), mit den Schritten:
– Bereitstellen einer Repräsentation des zu bearbeitenden Bauteils (10) in einer Rechenmaschine;
– Identifizieren wenigstens eines an dem Bauteil (10) anzubringenden Schweißpunktes;
– Auslegen der Bolzenschweißschablone (12), so dass bei Befestigung der Bolzenschweißschablone (12) an dem Bauteil (10) das wenigstens eine Positionierelement (14) in Überdeckung mit einem zugeordneten Schweißpunkt kommt;
– Fertigen der Bolzenschweißschablone (12) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens;
– Positionsgenaue Erweiterung weiterer Schablonen (22)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone mit zumindest einem Positionierelement zum Positionieren eines Schweißbolzens.
Im Prototypenbau, bei Reparaturarbeiten und bei der Kleinserienfertigung von Kraftwagenteilen werden Schweißbolzen oftmals mit Hilfe von Bolzenschweißschablonen angebracht, die als Lehren zur korrekten Positionierung der Schweißbolzen am zu bearbeitenden Bauteil dienen. Üblicherweise werden solche Bolzenschweißschablonen durch Vermessung eines Prototypen des zu bearbeitenden Bauteils gefertigt. Aus der DE 199 53 902 C1 ist eine Bolzenschweißschablone bekannt, die mehrere Positionierelemente zum Positionieren von Schweißbolzen umfasst. Diese sind mittels verschiebbaren und verdrehbaren Verbindungselementen miteinander verbunden, so dass die Schablone am Prototypen in die korrekte Gestalt gebracht und anschließend fixiert werden kann. Derartige Schablonen sind sehr aufwändig und können sich durch Lockerung der verschiebbaren und verdrehbaren Bauteile verstellen, so dass die notwendige Maßgenauigkeit verloren geht. Zum Einstellen und Kalibrieren einer derartigen Schablone ist ferner die Zugänglichkeit eines Prototypen des zu bearbeitenden Bauteils notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone bereitzustellen, welches einfach durchzuführen und kostengünstig ist und die Bereitstellung besonders maßgenauer Bolzenschweißschablonen ermöglicht. Weiterhin soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, mit dessen Hilfe bei Änderungen der Bauteilgeometrie eine bestehenden Bolzenschweißschablone kostengünstig auf die neue Bauteilgeometrie angepasst werden kann.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 gelöst.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone mit zumindest einem Positionierelement zum Positionieren eines Schweißbolzens an einem Schweißpunkt eines zu bearbeitenden Bauteils wird zunächst eine Repräsentation des zu bearbeitenden Bauteils in einer Rechenmaschine bereitgestellt. Hierbei handelt es sich um die üblicherweise bei der Ermittlung des Bauteils ohnehin erstellten CAD-Zeichnungen, aus denen alle Maße des Bauteils problemlos entnommen werden können. Anhand dieser Repräsentation werden im Folgenden die am Bauteil anzubringenden Schweißpunkte identifiziert. Aus der nunmehr bekannten räumlichen Lage aller Schweißpunkte an dem zu bearbeitenden Bauteil kann nun die Bolzenschweißschablone so ausgelegt werden, dass bei Befestigung der Bolzenschweißschablone an dem Bauteil das wenigstens eine Positionierelement in Überdeckung mit einem zugeordneten Schweißpunkt kommt. Die Auslegung erfolgt vorzugsweise auch hier rechnerisch, so dass ein Koordinatensatz erhalten wird, der die zu fertigende Bolzenschweißschablone repräsentiert. Anhand dieses Datensatzes kann die Bolzenschweißschablone nun gefertigt werden, wozu vorzugsweise ein generatives Fertigungsverfahren, mit anderen Worten ein Rapid-Prototyping-Verfahren, Anwendung findet. Auf diese Weise kann ohne die Notwendigkeit, einen physikalischen Prototypen des zu behandelnden Bauteils vorzuhalten, auf schnelle und einfache Weise eine höchst maßgenaue und jederzeit reproduzierbare Bolzenschweißschablone geschaffen werden.
Vorzugsweise wird beim Auslegen der Bolzenschweißschablone wenigstens ein Formschlusselement zum Verbinden der Bolzenschweißschablone mit einer weiteren Bolzenschweißschablone, beispielsweise einem Ergänzungsstück, vorgesehen. Treten Änderungen am zu bearbeitenden Bauteil auf, die die Anbringung weiterer Schweißbolzen an neuen Schweißpunkten erfordern, so kann eine solche weitere Schablone mittels des gleichen Verfahrens gefertigt werden und mittels eines an der weiteren Schablone vorgesehenen Formschlusselements mit der ersten Schablone verbunden werden. Dies ermöglicht einfache Anpassungen der Bolzenschweißschablone an kleinere Bauteiländerungen, ohne dass die Fertigung einer neuen Schablone notwendig wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bolzenschweißschablone mittels des so genannten Fused Deposition Modelling aus einem Kunststoff gefertigt. Beim Fused Deposition Modelling handelt es sich um ein dreidimensionales Druckverfahren, bei dem schichtweise Kunststoff in der gewünschten Geometrie aufgetragen wird. Dies ist eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellungsvariante, die auch mit geringen apparativem Aufwand durchführbar ist.
Soll eine bestehende Bolzenschweißschablone mit einem weiteren und/oder geänderten Positionierelement versehen werden, um die Bolzenschweißschablone durch diese Änderung auf ein gegenüber dem ursprünglichen Bauteil geändertes neues Bauteil anzupassen, so werden – ausgehend von einer Repräsentation des geänderten Bauteils in einer Rechenmaschine- zunächst die an dem geänderten Bauteil anzubringenden Schweißpunkte identifiziert. Anschließend wird eine adaptierte Bolzenschweißschablone ausgelegt, die so gestaltet ist, dass bei Befestigung der adaptierten Bolzenschweißschablone an dem geänderten Bauteil die Positionierelemente der adaptierten Bolzenschweißschablone in Überdeckung mit den zugeordneten Schweißpunkten kommen. Ein Vergleich zwischen der ursprünglichen und der adaptierten Bolzenschweißschablone führt zu einer Identifikation von Differenzbereichen und der Definition von entsprechenden Ersatz- bzw. Ergänzungsstücken. Diese Ergänzungsstücke werden mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und an die ursprüngliche Bolzenschweißschablone angefügt, um die adaptierte Bolzenschweißschablone zu erhalten.
Vorteilhafterweise werden die Ergänzungsstücke unter Verwendung von Formschlusselementen, die auf der ursprünglichen Bolzenschweißschablone vorgesehen sind, gegenüber dieser usprünglichen Bolzenschablone ausgerichtet und mit ihr verbunden. Die Ergänzungsstücke können insbesondere mittels Fused Deposition Modelling aus einem Kunststoff gefertigt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigten Bolzenschweißschablone;
2 eine Bolzenschweißschablone für ein vorgegebenes Bauteil; und
3 die Bolzenschweißschablone gemäß 2, die infolge einer Modifikation des Bauteils geändert bzw. erweitert wurde.
Zum Anbringen von Schweißbolzen im Prototypen- und Kleinserienbau sowie bei Reparaturarbeiten an Kraftwagenbauteilen 10 werden Bolzenschweißschablonen 12 verwendet. Diese umfassen eine Mehrzahl von Positionierelementen 14, die über Streben 16 verbunden sind. In den Positionierelementen 14 kann eine Bolzenschweißpistole 18 angesetzt werden, so dass der Schweißbolzen genau an seinen gewünschten Ort positioniert wird.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Bolzenschweißschablonen sind die Positionierelemente 14 meist mit beweglichen und verdrehbaren Gliedern miteinander verbunden, so dass anhand eines Modells oder eines Prototypen die Bolzenschweißschablone in jede gewünschte Gestalt gebracht werden kann. Solche Schablonen sind teuer in der Herstellung und können sich verstellen, so dass die gewünschte Maßgenauigkeit nicht immer eingehalten wird.
Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Bolzenschweißschablone 12 mittels eines generativen Rapid-Prototyping-Verfahrens aus einem Kunststoff zu fertigen. Hierzu wird zunächst ein Modell des zu bearbeitenden Bauteils 10 in einem CAD-System erstellt. Anhand des Modells wird in der Folge die Bolzenschweißschablone 12 selbst modelliert und kann dann mittels eines generativen Verfahrens gefertigt werden. Hierzu eignet sich insbesondere das so genannte Fused Deposition Modelling, bei dem die Bolzenschweißschablone 12 durch schichtweisen Kunststoffauftrag aufgebaut wird. Hierzu wird mittels eines beweglichen Kopfes in einem 3D-Drucker Schicht für Schicht zuvor aufgeschmolzenes Kunststoffmaterial auf eine temporäre Trägerschicht aufgebracht. Solche Modelle sind sehr maßgenau und mechanisch stark belastbar. Übliche Kunststoffe sind dabei UV-stabil und bei Temperaturen von bis zu 80°C verwendbar. Mittels solcher Verfahren können auch komplexe Bauteile hergestellt werden, die die eigentliche Bauraumgröße des 3D-Druckers übersteigen. Hierzu werden die Modelle bereits im Datensatz in mehrere Einzelteile zerlegt, die separat gefertigt und dann verklebt oder verschraubt werden. Gegenüber üblichen verstellbaren Stahlschablonen sind derartige Bolzenschweißschablonen besonders leicht und stellen bei der Arbeit keine Verletzungsgefahr dar. Anbauteile wie Griffe, Schrauben, Magnete oder Fixierstifte können einfach an den Kunststoffschablonen fixiert und später ausgebaut und wieder verwendet werden. Kunststoffschablonen sind zudem witterungsbeständiger als Stahlschablonen. Spiegelbildliche Schablonen, wie sie im Karosseriebau oft verwendet werden, um spiegelsymmetrische Teile zu bearbeiten, können hierbei einfach durch Spiegelung des originalen Datensatzes erzeugt werden.
Generative Verfahren können weiterhin zum Einsatz kommen, um bestehende Bolzenschweißschablonen 12 schnell und einfach zu modifizieren. Eine solche Modifikation bzw. Adaption einer Bolzenschweißschablone 12 kann beispielsweise notwendig sein, wenn das zugehörige Bauteil 10 eine Formänderung erfährt und für das geänderte Bauteil 10' angepasste bzw. zusätzliche Positionierelemente 14 notwendig sind.
2 zeigt eine für das ursprüngliche Bauteil 10 ausgelegte Bolzenschweißschablone 12 mit Positionierelementen 14, die über Streben 16 miteinander verbunden sind. Diese Bolzenschweißschablone 12 kann mit Hilfe eines generativen Verfahrens (wie oben beschrieben) hergestellt sein oder eine konventionell durch Fügen (z. B. Schweißen) der Einzelelemente 14, 16 hergestellt Schablone sein. 3 zeigt ein geändertes Bauteil 10', das einen zusätzlichen Schweißbolzen erfordert, weswegen für das geänderte Bauteil 10' eine modifizierte Bolzenschweißschablone 12' mit einem weiteren Positionierelement 14' erstellt werden muss. Hierzu ist es zweckmäßig, in den Streben 16 der ursprünglichen Schablone 12 Formschlusselemente 20, zum Beispiel Bohrungen, vorzusehen, an welchen Ergänzungsstücke 22 positionsgenau angebracht werden können. Ausgehend von den Bauteiländerungen zwischen dem ursprünglichen und dem modifizierten Bauteil 10, 10' kann die adaptierte Schablone 12' konstruiert werden. Ein Vergleich der adaptierten Schablone 12' mit der ursprünglichen Schablone 12 liefert die Bereiche, in denen Modifikationen bzw. Ergänzungen notwendig sind. Basierend auf diesem Vergleich können die Ergänzungsstücke 22 konstruiert, gefertigt und an der ursprünglichen Schablone 12 befestigt werden, um die adaptierte Schablone 12' zu erhalten. Die Ergänzungsstücke 22 können insbesondere mit Hilfe von generativen Verfahren hergestellt werden. Auf diese Art wird ein modular erweiterbares System geschaffen, dass ohne besonderen Aufwand an geänderte Ansprüche angepasst werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19953902 C1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Bolzenschweißschablone (12) mit zumindest einem Positionierelement (14) zum Positionieren eines Schweißbolzens an einem Schweißpunkt eines zu bearbeitenden Bauteils (10), mit den Schritten: – Bereitstellen einer Repräsentation des zu bearbeitenden Bauteils (10) in einer Rechenmaschine; – Identifizieren wenigstens eines an dem Bauteil (10) anzubringenden Schweißpunktes; – Auslegen der Bolzenschweißschablone (12), so dass bei Befestigung der Bolzenschweißschablone (12) an dem Bauteil (10) das wenigstens eine Positionierelement (14) in Überdeckung mit einem zugeordneten Schweißpunkt kommt; – Fertigen der Bolzenschweißschablone (12) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auslegen der Bolzenschweißschablone (12) wenigstens ein Formschlusselement (20) zum Verbinden der Bolzenschweißschablone (12) mit einer weiteren Bolzenschweißschablone (14') vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzenschweißschablone (12) mittels des Fused Deposition Modelling aus einem Kunststoff gefertigt wird.
Verfahren zum Adaptieren einer Bolzenschweißschablone (12) mit zumindest einem Positionierelement (14) zum Positionieren eines Schweißbolzens an einem Schweißpunkt eines zu bearbeitenden Bauteils (10), bei welchem eine adaptierte Bolzenschweißschablone (12') mit einem weiteren und/oder geänderten Positionierelement (14') für ein gegenüber dem ursprünglichen Bauteil (10) geändertes neues Bauteil (10') erstellt wird, mit den Schritten; – Bereitstellen einer Repräsentation des geänderten Bauteils (10') in einer Rechenmaschine; – identifizieren wenigstens eines an dem geänderten Bauteil (10') anzubringenden Schweißpunktes; – Auslegen der adaptierten Bolzenschweißschablone (12'), so dass bei Befestigung der Bolzenschweißschablone (12') an dem Bauteil (10') das wenigstens eine Positionierelement (14') in Überdeckung mit einem zugeordneten Schweißpunkt kommt; – Identifizieren von Differenzbereichen zwischen der ursprünglichen Bolzenschweißschablone (12) und der adaptierten Bolzenschweißschablone (12') und Definieren eines entsprechenden Ergänzungsstücks (22); – Fertigen des Ergänzungsstücks (22) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens; – Anfügen des Ergänzungsstücks (22) an die ursprüngliche Bolzenschweißschablone (12).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungsstück (22) unter Verwendung eines auf der ursprünglichen Bolzenschweißschablone (12) vorgesehenen Formschlusselements (20) mit dieser Bolzenschweißschablone (12) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungsstück (22) mittels des Fused Deposition Modelling aus einem Kunststoff gefertigt wird.