DE102012004102B4

DE102012004102B4 - Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteils an eine Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102012004102B4
Application number: DE102012004102.0A
Authority: DE
Inventors: Holger Göller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: DE102012004102A1

Abstract

Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteils (1) an eine Fahrzeugkarosserie (3), mit einem Spannrahmen (21), auf dem das Karosseriebauteil (1) aufspannbar ist und der zusammen mit dem aufgespannten Karosseriebauteil (1) zu einer vordefinierten Fügeposition (F) führbar ist, in der das auf dem Spannrahmen (21) aufgespannte Karosseriebauteil (1), an die Fahrzeugkarosserie (3) fügbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation einen in Raumrichtungen (x, y, z) verfahrbaren Zwischenrahmen (13) aufweist, mit dem der das Karosseriebauteil (1) tragende Spannrahmen (21) in einer Vormontageposition (V) verspannbar ist, dass der Spannrahmen (21) mit Hilfe des Zwischenrahmens (13) von der Vormontageposition (V) in die Fügeposition (F) verfahrbar ist, und dass zur Vorbereitung des Fügevorgangs die Fahrzeugkarosserie (3) über eine Bodenspanneinheit (7) auf einem Grundgestell (15) festlegbar ist, wobei der verfahrbare Zwischenrahmen (13) gemeinsam mit der Bodenspanneinheit (7) auf dem Grundgestell (15) positioniert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteils, insbesondere einer, den Fahrzeuginnenraum begrenzenden Rückwand, an eine Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In den, bei der Großserienfertigung von Kraftfahrzeugen eingesetzten Fertigungsstraßen werden die Fahrzeug-Rohkarosserien an Bearbeitungsstationen vorbeigeführt, in denen mittels Industrieroboter Anbauteile mit der Rohkarosserie verbunden werden.
Beispielhaft sind derartige Bearbeitungsstationen aus der DE 20 2009 005 237 U1 , der EP 1 890 929 B1 oder der EP 1 277 540 B1 bekannt. Demzufolge wird das der Fahrzeug-Rohkarosserie zuzuführende Karosseriebauteil auf einem Spannrahmen aufgespannt. Der, das Karosseriebauteil tragende Spannrahmen wird dann von einem Industrieroboter in eine Fügeposition verbracht, in der zum Beispiel ein Werker durch Schrauben oder Schweißen das Karosseriebauteil an der Fahrzeug-Rohkarosserie befestigt.
Wie oben erwähnt, wird der Spannrahmen mit dem aufgespannten Karosseriebauteil von Industrieroboter unmittelbar in die Fügeposition verbracht, was aufgrund fertigungstechnischer Gegebenheiten oftmals nur mit reduzierter Maßgenauigkeit erfolgen kann. Für den Fall, dass der Spannrahmen mit dem aufgespannten Karosseriebauteil nicht lagerichtig sowie maßgenau in der vordefinierten Fügeposition angeordnet ist, muss das zu fügende Karosseriebauteil gegebenenfalls durch den Werker in fertigungstechnisch aufwändiger Weise nachjustiert werden.
Aus der EP 1 277 540 B1 ist eine gattungsgemäße Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteiles an eine Fahrzeugkarosserie bekannt. In der Bearbeitungsstation ist ein Grundrahmen vorgesehen, mit dem ein Karosseriebauteil zwischen einer Einsetzposition, einer Zuführposition und/oder einer Arbeitsposition verfahrbar ist. Aus der EP 1 200 227 B1 ist ein Fügeverfahren und ein Fügesystem bekannt, das aus einer Spanneinrichtung und einem mehrgliedrigen Karosserieteil gebildet ist. Aus der DE 10 2008 032 909 A1 ist ein Verfahren und eine Fertigungseinrichtung zum Fertigen von Rohkarosserien von Fahrzeugen bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteils bereitzustellen, bei der das Karosseriebauteil mit hoher Maßgenauigkeit in die Fügeposition verbracht werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei der Positionierung von Anbauteilen an der Rohkarosserie zum Teil sehr hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit gestellt sind, um einen einwandfreien Verbau zu gewährleisten. Vor diesem Hintergrund ist ein maßgenauer Fügevorgang beider Fügepartner von großer Relevanz. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird daher der, das Karosseriebauteil tragende Spannrahmen vom Industrieroboter nicht unmittelbar in die Fügeposition verbracht. Vielmehr wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Spannrahmen zunächst in eine Vormontageposition verstellt. In der Vormontageposition ist der, das Karosseriebauteil tragende Spannrahmen mit einem verfahrbaren Zwischenrahmen verspannbar. Mit Hilfe des Zwischenrahmens, der in zumindest eine, bevorzugt jedoch in sämtliche Raumrichtungen verstellbar ist, kann der Spannrahmen von der Vormontageposition maßgenau in die Fügeposition verfahren werden. Erfindungsgemäß erfolgt somit zunächst mit dem Industrieroboter eine Grobpositionierung des Spannrahmens an der Fahrzeugkarosserie in die Vormontageposition. Anschließend erfolgt mit dem zusätzlichen Zwischenrahmen eine Feinjustierung, bei der der Spannrahmen von der Vormontageposition in die vordefinierte Fügeposition verbracht werden kann.
Speziell beim Fügen eines Karosseriebauteils aus CFK-Material an MetallBlechteilen der Fahrzeugkarosserie besteht die Gefahr von Kontaktkorrosion. Um eine solche Kontaktkorrosion zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn das CFK-Karosseriebauteil und das Metall-Blechteil nicht unmittelbar in Kontakt sind, sondern diese zueinander elektrisch isoliert sind. Für eine solche elektrische Isolation können auf den einander zugewandten Kontaktflächen der CFK- und Blechbauteile vor dem Fügevorgang Kleberaupen aufgetragen werden, mit denen ein unmittelbarer elektrischer Kontakt beider Bauteile verhindert ist. Bei einem nicht maßgenauen Fügevorgang besteht die Gefahr, dass die noch flüssige Ausgangskomponente des Klebers aufgrund von Scherbeanspruchungen beim Fügen verschwimmt und entsprechend die Isolierwirkung reduziert wird.
Die Bearbeitungsstation kann zusätzlich eine Klebeeinheit zum Auftragen von Kleberaupen auf einander zugewandten Kontaktflächen des Karosseriebauteils und/oder der Fahrzeugkarosserie aufweisen. Die Kleberaupe kann zum einen eine elektrische Isolierung der Fügepartner bewirken. Andererseits kann auch eine Stoffschlussverbindung zwischen den beiden Fügepartnern hergestellt werden.
Nach dem Aufbringen der Kleberaupe erfolgt der Fügevorgang der beiden Fügepartner. Hierbei ist darauf zu achten, dass während des Fügevorgangs die noch flüssige Ausgangskomponente der Kleberaupe aufgrund von Scherbeanspruchungen nicht verschwimmt und dadurch deren Wirkung beeinträchtigt wird. Zur Vermeidung solcher Scherbeanspruchungen ist es von Vorteil, wenn der Zwischenrahmen mit einem Fügehub von der Vormontageposition in die Fügeposition verfahren wird, der rechtwinklig zur Kontaktfläche der Fahrzeugkarosserie ausgerichtet ist. Das heißt, dass der Fügehub fluchtend zur Flächennormalen der Kontaktfläche der Fahrzeugkarosserie ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß wird somit der, das Karosseriebauteil tragende Spannrahmen zunächst vom Industrieroboter in die Vormontageposition verstellt. In der Vormontageposition kann eine Übergabe des Spannrahmens vom Industrieroboter auf den Zwischenrahmen erfolgen. Anschließend ist der Industrieroboter wieder in seine Ausgangsstellung rückstellbar und kann der Zwischenrahmen mit darauf befestigtem Spannrahmen in die Fügeposition verstellt werden. Der Zwischenrahmen ist daher unabhängig vom Industrieroboter mit Bewegungsparametern von einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbar.
Zur Vorbereitung des Fügevorgangs ist es bevorzugt, wenn die Fahrzeugkarosserie maßgenau sowie ortsfest in der Bearbeitungsstation positioniert ist. Die Fahrzeugkarosserie wird daher vor der Durchführung des Fügevorgangs bereits über eine Bodenspanneinheit auf einem Grundgestell festgelegt. Die Bodenspanneinheit ist zusammen mit dem verfahrbaren Zwischenrahmen auf dem Grundgestell positioniert.
Der verfahrbare Zwischenrahmen kann ein Tragelement mit Aufnahmestellen aufweisen, an denen der, das Karosseriebauteil tragende Spannrahmen nach erfolgter Übergabe festgespannt wird. Dem Tragelement des Zwischenrahmens kann eine Verstelleinheit zugeordnet sein, mit der das Tragelement in den Raumrichtungen positionsgenau in die Fügeposition verstellbar ist. Beispielhaft kann das Tragelement des Zwischenrahmens unter Zwischenordnung der obigen Verstelleinheit auf dem Grundgestell montiert sein. Die Verstelleinheit kann beispielhaft Führungsschlitten aufweisen, die eine Verstellbewegung in der horizontalen Ebene ermöglichen. Zudem können die beiden Führungsschlitten auf Hubzylindern gelagert sein, die eine Verstellbewegung des Tragelementes in der Hochrichtung ermöglichen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 in einer grob schematischen Darstellung eine Bearbeitungsstation, der über ein Bauteilgehänge eine Fahrzeug-Rohkarosserie zugeführt wird;
2 die Bearbeitungsstation in einer Ansicht entsprechend der 1, wobei zusätzlich ein Industrieroboter zum Zuführen des Karosseriebauteils zur Fahrzeug-Rohkarosserie gezeigt ist;
3 in einer vergrößerten Darstellung den, das Karosseriebauteil tragenden Spannrahmen in einer Vormontageposition innerhalb der Fahrzeug-Rohkarosserie;
4 den, das Karosseriebauteil tragenden Spannrahmen in einer Fügeposition; und
5 und 6 jeweils Detailansichten zur Erläuterung der Vormontageposition und der Fügeposition.

In der 1 ist eine Bearbeitungsstation gezeigt, an der ein Anbauteil bzw. ein Karosseriebauteil 1 (2 bis 4) mit der Fahrzeug-Rohkarosserie 3 verbaut wird. In der 1 ist die Zuführung der Rohkarosserie 3 über ein Bauteilgehänge 5 dargestellt, mit dem die Rohkarosserie 3 zunächst vertikal auf die Bearbeitungsstation abgelegt und anschließend ortsfest positioniert wird. Hierzu weist die Bearbeitungsstation eine Bodenspanneinheit 7 mit Aufnahmestellen 9 (1) auf. An den Aufnahmestellen 9 kann die auf die Bodenspanneinheit 7 abgelegte Rohkarosserie 3 über Schraubverbindungen 11 (2 bis 4) verspannt werden.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist zwischen den seitlichen Säulen der Bodenspanneinheit 7 ein verfahrbarer, mehrteilig aufgebauter Zwischenrahmen 13 vorgesehen. Der Zwischenrahmen 13 ist zusammen mit der Bodenspanneinheit 7 auf einem gemeinsamen Grundgestell 15 der Bearbeitungsstation montiert.
Der Zwischenrahmen 13 weist eine obere Tragplatte 17 auf, die in der 1 beispielhaft mit drei Tragsäulen 19 versehen ist. An den Tragsäulen 19 kann zur Durchführung eines später beschriebenen Fügevorgangs ein Spannrahmen 21 abgelegt werden, auf dem das Karosseriebauteil 1 aufgespannt ist. Zudem ist die Tragplatte 17 über eine Verstelleinheit 23 (1) auf dem Grundgestell 15 abgestützt. Die Verstelleinheit 23 weist hier beispielhaft Linearführungen 25 in der y-Richtung sowie Linearführungen 27 in der x-Richtung auf. Eine untere Basisplatte 29 der Verstelleinheit 13 ist dabei auf Hubzylinder 30 abgestützt, mit denen die Verstelleinheit 13 in der Hochrichtung z höhenverstellbar ist. Mittels der Linearführungen 25, 27 kann die Tragplatte 17 in horizontaler Ebene verfahren werden.
In dem, anhand der 1 bis 6 veranschaulichten Fügevorgang ist das zu fügende Karosseriebauteil 1 eine Rückwand, die den Fahrzeuginnenraum nach hinten begrenzt. Die Fahrzeugrückwand 1 wird zunächst auf einem in den 2 bis 4 nur stark schematisch dargestellten Spannrahmen 21 aufgespannt. Vorliegend ist die Rückwand 1 aus einem CFK-Material gefertigt und mit einem korrespondierenden, karosserieseitigen Aluminium-Querträger 33 in der Fahrzeugkarosserie 3 zu fügen. Um eine Kontaktkorrosion zwischen den beiden Fügepartnern (Rückwand 1 und Aluminium-Querträger 33) zu vermeiden, wird die Kontaktfläche 35 der Rückwand 1 mit Hilfe einer nicht dargestellten Klebeeinheit mit einer lediglich in den 5 und 6 angedeuteten Kleberaupe 34 beaufschlagt.
Erfindungsgemäß ist die Überführung der Rückwand 1 in die Rohkarosserie 3 aufgeteilt in eine Grobpositionierung sowie eine Feinpositionierung. In der Grobpositionierung wird der vom Industrieroboter 31 getragene Spannrahmen 21 zunächst seitlich in die Fahrzeugkarosserie 3 hinein bis in eine Vormontageposition V geführt, wie es in der 3 gezeigt ist. In der Vormontageposition V wird der, die Rückwand 1 tragende Spannrahmen 21 vom Industrieroboter 31 auf die Tragsäulen 19 des Zwischenrahmens 13 abgelegt und über Schraubverbindungen 35 mit diesen festgespannt. In der, in der 3 dargestellten Vormontageposition V sind die beiden Fügepartner (Rückwand 1 und Aluminium-Querträger 33) noch über einen Abstand a voneinander beabstandet. Nach dem Ablegen des Spannrahmens 21 auf den Tragsäulen 19 des Zwischenrahmens 13 wird der Industrieroboter 31 wieder in seine, in der 2 angedeutete Ausgangslage zurückgeführt.
Anschließend erfolgt durch ein Verfahren des Zwischenrahmens 13 in den Raumrichtungen x, y, z eine maßgenaue Verstellung des, das Karosseriebauteil 1 tragenden Spannrahmens 21 in die Fügeposition F gemäß der 4. Insbesondere erfolgt mit Hilfe der Hubzylinder 30 des Zwischenrahmens 13 ein Fügehub h von der Vormontageposition V vertikal nach unten in die Fügeposition F, in der die Rückwand 1 unter Zwischenlage der Kleberaupe 34 auf dem Aluminium-Querträger 33 aufliegt. In dieser Fügeposition F kann die Rückwand 1 zusätzlich noch über nicht dargestellte Anbindungspunkte mit der Rohkarosserie 3 verschraubt oder verschweißt werden.
Gemäß den 5 und 6 ist der Fügehub h rechtwinklig zu den einander zugewandten Kontaktflächen 35 der beiden Fügepartner 1, 33 gestaltet, um eine Scherbeanspruchung der flüssigen Ausgangskomponente der Kleberaupe 34 zu vermeiden. Eine solche Scherbeanspruchung würde zu einem Auseinanderlaufen der Kleberaupe 34 führen. Entsprechend würde die Isolierwirkung der Kleberaupe 34 beeinträchtigt werden.

Claims

Bearbeitungsstation zum Fügen eines Karosseriebauteils (1) an eine Fahrzeugkarosserie (3), mit einem Spannrahmen (21), auf dem das Karosseriebauteil (1) aufspannbar ist und der zusammen mit dem aufgespannten Karosseriebauteil (1) zu einer vordefinierten Fügeposition (F) führbar ist, in der das auf dem Spannrahmen (21) aufgespannte Karosseriebauteil (1), an die Fahrzeugkarosserie (3) fügbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation einen in Raumrichtungen (x, y, z) verfahrbaren Zwischenrahmen (13) aufweist, mit dem der das Karosseriebauteil (1) tragende Spannrahmen (21) in einer Vormontageposition (V) verspannbar ist, dass der Spannrahmen (21) mit Hilfe des Zwischenrahmens (13) von der Vormontageposition (V) in die Fügeposition (F) verfahrbar ist, und dass zur Vorbereitung des Fügevorgangs die Fahrzeugkarosserie (3) über eine Bodenspanneinheit (7) auf einem Grundgestell (15) festlegbar ist, wobei der verfahrbare Zwischenrahmen (13) gemeinsam mit der Bodenspanneinheit (7) auf dem Grundgestell (15) positioniert ist.
Bearbeitungsstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation eine Handhabungseinrichtung (31)aufweist, mit dem der das Karosseriebauteil (1) tragende Spannrahmen (21) in die Vormontageposition (V) verstellbar ist.
Bearbeitungsstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vormontageposition (V) eine Übergabe des Spannrahmens (21) von der Handhabungseinrichtung (31) auf den Zwischenrahmen (13) erfolgt, und dass die Handhabungseinrichtung (31) nach erfolgter Übergabe wieder in ihre Ausgangsstellung rückstellbar ist.
Bearbeitungsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenrahmen (13) ein Tragelement (17) mit Aufnahmestellen (19) zum Festspannen des, das Karosserieteil (1) tragenden Spannrahmens (21) aufweist.
Bearbeitungsstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tragelement (17) des Zwischenrahmens (13) eine Verstelleinheit (23) zugeordnet ist, mit der das Tragelement (17) in den Raumrichtungen (x, y, z) verstellbar ist.
Bearbeitungsstation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (17) des Zwischenrahmens (13) unter Zwischenlage der Verstelleinheit (23) auf dem Grundgestell (15) montiert ist.
Bearbeitungsstation nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (1) aus einem CFK-Material gefertigt ist, und beim Fügevorgang an Metallblechteilen (33) der Fahrzeugkarosserie (3) befestigbar ist.
Bearbeitungsstation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation eine Klebeeinheit zum Aufbringen einer Kleberaupe (34) auf Kontaktflächen (35) des Karosseriebauteils (1) oder der Fahrzeugkarosserie (3) aufweist.
Bearbeitungsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenrahmen (13) den, das Karosseriebauteil (1) tragenden Spannrahmen (21) mit einem Fügehub (h) von der Vormontageposition (V) in die Fügeposition (F) verfährt, und dass die Hubbewegung des Zwischenrahmens (13) rechtwinklig zur Kontaktfläche (35) der Fahrzeugkarosserie (3) ist.