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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Rohbauelementen.
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Aus der
WO 2004/026673 A2 ist bereits ein Verfahren bekannt, das zu einer Vorbereitung einer Montage eines Rohbauelements an eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Hierzu werden die Karosserie und das Rohbauelement miteinander verklebt, verschraubt oder anderweitig verbunden, wodurch Montagetoleranzen entstehen können.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch das eine präzise und reproduzierbare Verbindung von zumindest zwei Rohbauelementen erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden zumindest eines ersten Rohbauelements mit einem zweiten Rohbauelement, insbesondere ein Verfahren zur Montage einer Kraftfahrzeugkarosserie, bei dem in einem ersten Schritt in das erste Rohbauelement zumindest eine Befestigungsausnehmung eingebracht wird, die zur Verbindung der zumindest zwei Rohbauelemente mittels zumindest eines korrespondierenden, an dem zweiten Rohbauelement angebrachten Befestigungselements vorgesehen ist, und bei dem in einem zweiten Schritt eine relative Position der Rohbauelemente zueinander ermittelt wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass in einem dritten Schritt das zumindest eine Befestigungselement in einer an die relative Position der zumindest zwei Rohbauelemente angepassten Position an dem zweiten Rohbauelement angebracht wird. Dadurch kann eine präzise, sichere und reproduzierbare Verbindung der Rohbauelemente erreicht werden, wobei ferner ein vorteilhaft einfaches und bevorzugt kostengünstiges Verfahren zur Verfügung gestellt werden kann. Zudem können Prozesseinflüsse, insbesondere Schraubeinflüsse, sowie Materialschwächungen, insbesondere durch ein Einbringen mehrerer Ausnehmungen, vorteilhaft reduziert werden, wodurch Nachbearbeitungs- und/oder Justierprozesse zumindest teilweise vermieden und eine vorteilhaft hohe Stabilität einer Vorrichtung in einem montierten Zustand erreicht werden können. Unter einem „Rohbauelement” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauteil für einen Rohbau eines Kraftfahrzeugs verstanden werden, wie insbesondere Rohbauteile, die eine Außenbeplankung des Kraftfahrzeugs ausbilden. Vorzugsweise ist dabei eines der Rohbauelemente als ein Anbauteil, wie beispielsweise eine Heckklappe, eine Motorhaube, eine Türe, ein Dach-, Front- und/oder Heckmodul oder eine Klappe, ausgebildet, während das andere Rohbauteil vorzugsweise einen Teil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs ausbildet. Unter einer „Befestigungsausnehmung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ausnehmung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, mit dem zumindest einen Befestigungselement zu korrespondieren und mit diesem eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zu bilden. Die Befestigungsausnehmung kann vorzugsweise mittels eines Stanz- oder Fließpressvorgangs in das Rohbauelement eingebracht werden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsausnehmung als eine Bohrung ausgebildet. Unter einem „Befestigungselement” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, mit der zumindest einen Befestigungsausnehmung zu korrespondieren und mit diesem eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zu bilden, wie beispielsweise einen Bolzen, ein Schraub- oder ein Klemmelement.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Rohbauelemente mittels eines iterativen Ausrichtungsprozesses zueinander positioniert werden. Dadurch können die zumindest zwei Rohbauteile besonders einfach und schnell zueinander positioniert werden, während Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden können. Unter einem „iterativen Ausrichtungsprozess” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein geregelter Prozess verstanden werden, bei dem eine relative Position der zumindest zwei Rohbauelemente mittels einer Sensorik fortlaufend erfasst wird, wobei eine Steuer- und Regeleinheit eine Robotik zur Positionierung der zumindest zwei Rohbauelemente in Abhängigkeit von der mittels der Sensorik erfassten relativen Position ansteuert, um die relative Position der beiden Rohbauelemente auf einen Sollwert mit maximaler Genauigkeit einzustellen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Befestigungselement für eine Befestigung an dem zweiten Rohbauelement durch die Befestigungsausnehmung in dem ersten Rohbauelement hindurchgeführt. Dadurch kann besonders einfach erreicht werden, dass das Befestigungselement an einer Position an dem zweiten Rohbauelement angeordnet ist, in der Toleranzen, mit denen die Befestigungsausnehmung in das erste Rohbauelement eingebracht ist, ausgeglichen werden.
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Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Position des Befestigungselements mittels der relativen Position der beiden Rohbauelemente und einer Position der Befestigungsausnehmung berechnet wird. Dadurch können auch Befestigungselemente, die zur Anordnung an dem zweiten Rohbauelement nicht durch die Befestigungsausnehmung hindurchgeführt werden, lagegenau an dem zweiten Rohbauelement befestigt werden. Unter „berechnen” soll dabei insbesondere verstandern werden, dass die Steuer- und Regeleinheit mittels der Sensorik die relative Position der zumindest zwei Rohbauelemente zueinander und die Position der Befestigungsausnehmung in dem ersten Rohbauelement erfasst und eine Position für das Befestigungselement an dem zweiten Rohbauelement berechnet, an der das Befestigungselement anschließend angeordnet wird, nachdem das zweite Rohbauelement für die Anordnung des Befestigungselements weggeschwenkt wurde.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Befestigungselement an dem Rohbauelement angeschweißt wird. Dadurch kann eine bevorzugt stabile, zuverlässige, zeitsparende und kostengünstige Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Rohbauelement erreicht werden, insbesondere wenn beide Rohbauelemente aus Blech sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das zumindest eine Befestigungselement an dem ersten Rohbauelement angeklebt. Dadurch kann eine bevorzugt stabile, zuverlässige und kostengünstige Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Rohbauelement erreicht werden, insbesondere wenn das Befestigungselement und das Rohbauelement zumindest teilweise aus einem schlecht oder gar nicht schweißbaren Material gebildet sind, wie beispielsweise einem Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium oder aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem faserverstärkten Kunststoff wie insbesondere einem glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff (GFK bzw. CFK). Ferner kann dadurch eine Beschädigung oder Beeinflussung einer Materialstruktur des Rohbauelements, beispielsweise durch eine mechanische oder thermische Bearbeitung, verringert oder vermieden werden. Besonders bevorzugt wird dabei eine Klebeschicht zwischen dem Befestigungselement und dem ersten Rohbauelement mittels UV-Licht ausgehärtet, wodurch eine besonders kurze Aushärtezeit für die Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Rohbauelement erreicht werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Klebstoff induktiv ausgehärtet, oder es kann ein PSA (pressure sensitive adhesive) verwendet werden.
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Ist die zumindest eine Befestigungsausnehmung von einem Passloch gebildet, kann auf bevorzugt einfache Weise ein Formschluss zwischen der Befestigungsausnehmung und dem Befestigungselement und somit eine vorteilhaft präzise Verbindung der Rohbauelemente erreicht werden. Unter einem „Passloch” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ausnehmung verstanden werden, deren Abmessungen, insbesondere Durchmesser, unter Berücksichtigung einer zulässigen Toleranz mit Abmessungen, insbesondere mit einem Durchmesser, des Befestigungselements korrespondiert und vorzugsweise eine Passung, besonders bevorzugt eine Spielpassung, bildet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rohbauelements,
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3 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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4 eine schematische Teilansicht eines alternativen Rohbauelements.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zu einer Vorbereitung einer Montage eines ersten Rohbauelements 10a an einem zweiten Rohbauelement 11a. Das Verfahren wird von einer nicht dargestellten, robotergeführten und sensorunterstützten Anlage durchgeführt. Das Rohbauelement 11a ist als Teil einer Kraftfahrzeugkarosserie ausgebildet, an der mittels des in 1 dargestellten Verfahrens Anbauteile angebracht werden können. Das Rohbauelement 10a ist als ein solches Anbauteil ausgebildet, wie beispielweise eine Heckklappe, eine Motorhaube, ein Dachmodul oder ein Frontmodul.
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Zur Verbindung der beiden Rohbauelemente 10a, 11a wird in das erste Rohbauelement 10a eine Befestigungsausnehmung 13a eingebracht. Für die Verbindung wird weiter an dem zweiten Rohbauelement 11b ein zu der Befestigungsausnehmung 13a korrespondierendes Befestigungselement 15a angebracht, das in montiertem Zustand durch die Befestigungsausnehmung 13a hindurchragt. Die Rohbauelemente 10a, 11a sind dazu vorgesehen, mittels der Befestigungsausnehmung 13a und des dazu korrespondierenden Befestigungselements 15a verliersicher miteinander verbunden zu werden.
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Das Verfahren weist einen ersten Schritt 12 auf, in dem in das erste Rohbauelement 10a eine oder mehrere Befestigungsausnehmungen 13a eingebracht werden. Die Befestigungsausnehmung 13a kann dabei bereits bei einer Fertigung des Rohbauelements 10a in dieses eingebracht werden, beispielweise während eines Umformprozesses zur Formung des Rohbauelements 10a. Es ist aber auch denkbar, die Befestigungsausnehmung 13a nachträglich in das Rohbauelement 10a einzubringen, beispielsweise durch Bohren oder Schneiden. Eine Position, die die Befestigungsausnehmung 13a auf dem Rohbauelement 10a aufweist, ist toleranzbehaftet.
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Das Verfahren zum Verbinden der beiden Rohbauelemente 10a, 11a weist einen zweiten Schritt 16 auf, in dem eine relative Position der Rohbauelemente 10a, 11a zueinander mittels eines Ausrichtungsprozesses ermittelt wird. Der Ausrichtungsprozess ist als ein iterativer Ausrichtungsprozess ausgebildet, in dem die beiden Rohbauelemente 10a, 11a in einer sogenannten Best-Fit-Ausrichtung zueinander positioniert werden. Dazu wird in dem ersten Teilschritt 17' des Schritts 16 die relative Position der beiden Rohbauelemente 10a, 11a sensorisch erfasst. In dem Teilschritt 17'' des Schritts 16 werden die Rohbauelemente 10a, 11a unter Auswertung der im Schritt 16 erfassten Werte neu gegeneinander ausgerichtet und der Schritt 16 wird erneut durchgeführt, bis die relative Position der Rohbauelemente 10a, 11a einer erforderlichen Genauigkeit entspricht. Dem Ausrichtungsprozess kann grundsätzlich ein Schritt 24 vorgeschaltet sein, in dem ein eingelernter Ablauf zur Vorpositionierung vorgeschaltet wird. Dazu wird dem Ausrichtungsprozess eine Lernphase mit weitestgehend toleranzfreien bzw. ideal maßhaltigen Mustern der Rohbauelemente 10a, 11a vorgeschaltet.
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In einem dritten Schritt 14 des Verfahrens wird an dem zweiten Rohbauelement 11a das Befestigungselement 15a angebracht. Das Befestigungselement 15a wird abhängig von der mittels des Ausrichtungsprozesses ermittelten relativen Position der Rohbauelemente 10a, 11a an dem zweiten Rohbauelement 11a befestigt. Das Befestigungselement 15a ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Anbindungsbolzen ausgebildet. Zur Montage wird das Befestigungselement 15a durch die Befestigungsausnehmung 13a in dem ersten Rohbauelement 10a hindurchgeführt und anschließend mit dem zweiten Rohbauelement 11a verbunden. Danach können die beiden Rohbauelemente 10a, 11a wieder voneinander getrennt werden, beispielsweise zur Durchführung weiterer Arbeiten an einem der Rohbauelemente 10a, 11a, und zu einem späteren Zeitpunkt reproduzierbar mit der in dem Schritt 16 ermittelten Genauigkeit wieder zusammengefügt werden.
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In 2 ist ein Teilbereich des Rohbauelements 11a, an der das Befestigungselement 15a befestigt ist, dargestellt. Das Befestigungselement 15a ist einseitig an dem Rohbauelement 11a befestigt. Das Befestigungselement 15a und das Rohbauelement 11a sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Das Befestigungselement 15a ist mit dem Rohbauelement 11a verschweißt. Das Rohbauelement 10a und das Befestigungselement 15a sind aus einem schweißbaren Material, wie beispielsweise aus Stahl, gebildet. In einer Umfangsrichtung des Befestigungselements 15a ist eine Schweißnaht 19a angeordnet, die eine stoffschlüssige und feste Verbindung zwischen der Oberfläche des Rohbauelements 11a und dem Befestigungselement 15a bildet. Das Befestigungselement 15a ist mit der Oberfläche des Rohbauelements 11a durch ein Hubschweißverfahren verschweiß.
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In einem letzten Schritt 20 des Verfahrens werden das erste Rohbauelement 10a, in das die Befestigungsausnehmung 13a eingebracht ist, und das zweite Rohbauelement 11a, an der das Befestigungselement 15a befestigt ist, miteinander verbunden. Dazu wird jeweils eines der mit dem Rohbauelement 11a verbundenen Befestigungselemente 15a durch die korrespondierende Befestigungsausnehmung 13a des Rohbauelements 10a hindurchgeführt. Anschließend wird jeweils eine Befestigungsmutter 21a auf das Befestigungselement 15a aufgeschraubt. In einem angezogenen Zustand sichert die Befestigungsmutter 21a das erste Rohbauelement 10a und das zweite Rohbauelement 11a in Haupterstreckungsrichtung 22a des Befestigungselements 15a relativ zueinander (3).
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In 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, in der ein Befestigungselement 15b auf eine alternative Weise an einem Rohbauelement 11b befestigt ist. Nach einer Positionierung des Rohbauelements 11b in Bezug auf ein Rohbauelement 10b, das eine Befestigungsausnehmung 13b aufweist, bestimmt die Anlage, in der das Verfahren durchgeführt wird, sensorgestützt eine relative Position der Rohbauelemente 10b, 11b zueinander und eine Position, die die Befestigungsausnehmung 13b an dem Rohbauelement 10b aufweist. Danach berechnet eine Steuer- und Regeleinheit der Anlage eine Position, an der das Befestigungselement 15a auf dem Rohbauelement 11b befestigt werden muss, damit es fluchtend zu der Befestigungsausnehmung 13b ausgerichtet ist, wenn die Rohbauelemente 10b, 11b in der mittels des Ausrichtungsprozesses bestimmten Position relativ zueinander angeordnet sind.
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Sobald die Position für das Befestigungselement 15b bestimmt ist, wird das Rohbauelement 10b weggeschwenkt, um das Befestigungselement 15b an dem Rohbauelement 11b befestigen zu können. Anschließend wird das Befestigungselement 15b durch eine Robotik der Anlage an dem Rohbauelement 11b positioniert und stoffschlüssig mit einer Oberfläche des Rohbauelements 11b verbunden. Dazu wird in einen Kontaktbereich zwischen dem Befestigungselement 15b und dem Rohbauelement 11b eine Klebeschicht 23b eingebracht, die in ausgehärtetem Zustand eine stoffschlüssige und feste Verbindung zwischen dem Rohbauelement 11b und dem Befestigungselement 15b bildet. Das Befestigungselement 15b wird mit einer Karosserie 18b mittels der Klebeschicht 23b verklebt.
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Um eine Aushärtung der Klebeschicht 23b zu beschleunigen, wird in einem Schritt 25 die Klebeschicht 23b aktiv ausgehärtet. In dem Schritt 25 wird die Klebeschicht 23b mittels einer UV-Strahlung ausgehärtet. Hierfür ist eine nicht dargestellte UV-Lichteinheit vorgesehen, die die Klebeschicht 23b nach dem Verkleben des Befestigungselements 15b mit dem Rohbauelement 11b bestrahlt. Die Klebeschicht 23b weist einen schnell härtenden Klebstoff auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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