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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, sowie eine Karosserie, die nach einem solchen Verfahren hergestellt worden ist.
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Zur Herstellung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs werden nach betriebsinterner Praxis Hohlprofile mit Blechen verschweißt. Hierzu ist nach betriebsinterner Praxis zum einen ein Widerstandspunktschweißen bekannt, bei dem das Blech und eine Wand des Hohlprofils durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst werden. Nachteilig erfordert dies einen Zugang in dem Hohlprofil für die eine Elektrode. Zum anderen ist nach betriebsinterner Praxis ein Remote-Laserschweißen bekannt, bei dem ein Remote- bzw. Scankopf oberhalb des Bleches positioniert wird und dieses mit einem Laserstrahl beaufschlagt. Nachteilig erfordert die freie Strecke zwischen Kopf und Blech entsprechende Schutzmaßnahmen. Zusätzlich oder alternativ können hierdurch Umgebungseinflüsse den Schweißprozess und/oder das Schweißergebnis beeinträchtigen.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs herzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 13 stellt eine durch ein hier beschriebenes Verfahren hergestellte Karosserie unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, die Schritte:
- a) Anordnen eines Hohlprofils an einem Blech, welches nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erstes Blech bezeichnet wird;
- b) Aufsetzen eines Laserschweißkopfes auf einer Oberfläche des ersten Bleches, die dem Hohlprofil gegenüberliegt; und
- c) Laserverschweißen des Hohlprofils mit dem ersten Blech durch den Laserschweißkopf.
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In einer Ausführung umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
- d) Anordnen eines zweiten Blechs an dem Hohlprofil und/oder dem ersten Blech, welches mit den Schritten a) bis c) mit dem Hohlprofil laserverschweißt wurde;
- e) Aufsetzen des Laserschweißkopfes auf einer Oberfläche des zweiten Bleches, die dem Hohlprofil und/oder ersten Blech gegenüberliegt; und
- f) Laserverschweißen des zweiten Bleches mit dem Hohlprofil und/oder ersten Blech durch den Laserschweißkopf.
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Das Kraftfahrzeug ist in einer Ausführung ein Personenkraftwagen. Die Karosserie ist in einer Ausführung eine sogenannte Rohkarosserie („Body In White” BWI).
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Das Hohlprofil weist in einer Ausführung, wenigstens in dem Bereich, in dem es an dem (ersten) Blech angeordnet wird bzw. ist, wenigstens zwei einander gegenüberliegende Wände auf. Es kann ein offenes Hohlprofil, insbesondere ein C- oder U-Profil, oder ein geschlossenes Hohlprofil bzw. Hohlprofil mit einem geschlossenen Außenumfang sein. In einer Ausführung weist das Hohlprofil wenigstens in einem Abschnitt, der an dem (ersten) Blech angeordnet wird bzw. ist, einen ovalen, kreisförmigen, drei-, vier-, insbesondere recht-, oder mehreckigen, insbesondere trapezartigen Querschnitt auf. In einer Ausführung bildet das Hohlprofil eine Vertikalsäule der Karosserie oder einen Teil einer solchen Vertikalsäule. Entsprechend weist in einer Ausführung eine Vertikalsäule der Karosserie das Hohlprofil auf, sie kann insbesondere aus dem Hohlprofil bestehen. In einer Ausführung ist die Vertikalsäule eine A-, B-, C- oder D-Säule der Karosserie.
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In einer Ausführung ist die vorliegende Erfindung insbesondere zur Anbindung solcher Vertikalsäulen vorteilhaft, die im Betrieb und/oder bei Unfällen hohe Lasten von angebundenen Blechen aufnehmen bzw. in diese einleiten müssen.
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Das erste und/oder zweite Blech weist in einer Ausführung wenigstens in dem Bereich, in dem das Hohlprofil angeordnet wird bzw. ist, nur eine Wand auf. Hierdurch kann in einer Ausführung ein Übergang zwischen Blech und Hohlprofil vorteilhaft ausgestaltet werden. In einem anderen Bereich kann das Blech in einer Ausführung auch zwei oder mehr einander gegenüberliegende Wände aufweisen. Gleichermaßen kann das Blech auch insgesamt nur eine Wand aufweisen. In einer Ausführung bildet das erste und/oder zweite Blech, einen, insbesondere oberer oder unterer, Längs- oder Querträger oder eine Wand, insbesondere Dachschale, der Karosserie oder einen Teil hiervon. Entsprechend weist in einer Ausführung ein, insbesondere oberer oder unterer, Längs- oder Querträger oder eine Wand, insbesondere Dachschale, der Karosserie das erste und/oder zweite Blech auf, besteht insbesondere hieraus.
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Das Hohlprofil, das erste und/oder zweite Blech sind in einer Ausführung aus Metall, insbesondere Stahl und/oder einer Aluminium- und/oder Magnesium-Legierung. In einer Ausführung werden bzw. sind das Hohlprofil, das erste und/oder zweite Blech vor dem Verschweißen urgeformt, insbesondere gegossen oder extrudiert, oder umgeformt, insbesondere tiefgezogen, geprägt oder dergleichen.
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Durch das Aufsetzen des Laserschweißkopfes auf einer Oberfläche des Bleches kann in einer Ausführung vorteilhaft eine Wechselwirkung des Schweißprozesses und/oder Laserstrahls und der Umgebung reduziert werden bzw. sein. In einer Ausführung weist der Laserschweißkopf einen Austrittsschacht auf, dessen Rand auf der Oberfläche des Bleches aufgesetzt wird. In einer Weiterbildung weist der Rand und/oder wenigstens ein Querschnitt des Schachtes eine geschlossene Kontur auf. In einer Ausführung wird der Laserschweißkopf mit einer vorgegebenen, insbesondere einstellbaren, Anpresskraft auf der Oberfläche aufgesetzt. Das Laserverscheißen erfolgt in einer Ausführung bei aufgesetztem Laserschweißkopf.
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In einer Ausführung lenkt eine Optik des Laserschweißkopfes zum Laserverschweißen einen Laserstrahl, der in dem Laserschweißkopf erzeugt oder diesem, insbesondere durch einen Lichtwellenleiter, zugeführt wird, innerhalb des Austrittsschachtes in vorgegebener, insbesondere gesteuerter, Weise.
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Insbesondere hierdurch kann in einer Ausführung das Hohlprofil mit dem ersten Blech und/oder mit dem zweiten Blech jeweils mit einer oder mehreren, insbesondere mäanderförmigen und/oder voneinander beabstandeten, Schweißnähten laserverschweißt werden bzw. sein, deren Längserstreckung insbesondere wenigstens das 10fache, insbesondere wenigstens das 20fache, ihrer Quererstreckung beträgt. Ist eine Schweißnaht beispielsweise sinusartig ausgebildet, und beträgt ihre Amplitude zum Beispiel 1 mm, so weist die Schweißnaht in einer Ausführung eine Länge bzw. Längserstreckung von wenigstens 10 mm, insbesondere 20 mm auf.
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Mehrere voneinander beabstandete Schweißnähte werden in einer Ausführung dadurch hergestellt, dass ein Laserstrahl innerhalb des Laserschweißkopfes, insbesondere seines Austrittsschachtes, umgelenkt und dabei abschnitts- bzw. zeitweise abgeschwächt, insbesondere deaktiviert, wird, ohne den Laserschweißkopf umzupositionieren. Hierdurch können in einer Ausführung mehrere voneinander beabstandete Schweißnähte besonders schnell und/oder präzise hergestellt werden.
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Zusätzlich oder alternativ können mehrere voneinander beabstandete Schweißnähte in einer Ausführung dadurch hergestellt werden, dass der Laserschweißkopf nacheinander an voneinander beabstandeten Stellen der Oberfläche des ersten bzw. zweiten Bleches aufgesetzt wird und an dieser Stelle jeweils eine oder mehrere Schweißnähte erzeugt. Hierdurch können in einer Ausführung, insbesondere auch mit einem kompakten Laserschweißkopf, viele voneinander beabstandete Schweißnähte hergestellt werden.
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Die Längserstreckungen der Schweißnähte, die mit und/oder ohne Umpositionieren des Laserschweißkopfs erzeugt werden, weisen, wie vorstehend erläutert, in einer Ausführung jeweils insbesondere wenigstens das 10fache, insbesondere wenigstens das 20fache, ihrer jeweiligen Quererstreckung auf.
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Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft die Vorzüge von Punktschweißungen, insbesondere eine geringere Bauteilbeaufschlagung und/oder höhere Prozessraten, mit den Vorzügen des Laserschweißens verbunden werden.
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In einer Ausführung wird bzw. ist das Hohlprofil während dem Laserverschweißen auf einer dem Laserschweißkopf gegenüberliegenden Seite abgestützt. Hierdurch kann in einer Ausführung das Aufsetzen des Laserschweißkopfes und/oder der Schweißprozess verbessert werden. Dabei kann das Abstützen vor, beim oder nach dem Aufsetzen des Laserschweißkopfes beginnen.
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In einer Ausführung wird bzw. ist das Hohlprofil durch ein Stützmittel, insbesondere form- und/oder reibschlüssig, abgestützt. Das Stützmittel ist in einer Ausführung ortsfest relativ zu der Karosserie und/oder einer Umgebung, in der das Verfahren durchgeführt wird, insbesondere einem Hallenboden oder dergleichen. Hierzu wird in einer Ausführung das Hohlprofil an dem ortsfesten Stützmittel angeordnet und so abgestützt.
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In einer anderen Ausführung ist das Stützmittel, insbesondere elektromotorisch, elektromagnetisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, relativ zu der Karosserie und/oder einer Umgebung, in der das Verfahren durchgeführt wird, insbesondere einem Hallenboden oder dergleichen, bewegbar. Hierzu wird in einer Ausführung das Stützmittel an dem, insbesondere ortsfesten, Hohlprofil oder einem damit verbundenen Bauteil angeordnet und stützt dieses so ab.
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In einer Ausführung ist das Stützmittel gemeinsam mit und/oder relativ zu dem Laserschweißkopf bewegbar. Es kann, insbesondere in an sich von Schweißzangen zum Punktschweißen bekannter Weise, dem Laserschweißkopf gegenüberliegend an einer Schweißzange angeordnet sein, an der auch der Laserschweißkopf angeordnet ist, wobei Laserschweißkopf und/oder Stützmittel, insbesondere elektromotorisch, elektromagnetisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, relativ zu der Schweißzange bewegbar sind. Durch, insbesondere robotergeführtes, Bewegen der Schweißzange kann dann das Stützmittel gemeinsam mit dem Laserschweißkopf bewegt werden, insbesondere um den Laserschweißkopf oberhalb der Oberfläche zu positionieren. Anschließend können Laserschweißkopf und/oder Stützmittel relativ zu der Schweißzange und/oder die Schweißzange relativ zu der Oberfläche bewegt werden, um den Laserschweißkopf auf der Oberfläche aufzusetzen und das Hohlprofil abzustützen, wobei in einer Ausführung zunächst der Laserschweißkopf auf der Oberfläche aufgesetzt wird und dann das Stützmittel das Hohlprofil oder ein damit verbundenes Bauteil kontaktiert, um das Hohlprofil abzustützen, in einer anderen Ausführung zunächst das Stützmittel das Hohlprofil oder ein damit verbundenes Bauteil kontaktiert, um das Hohlprofil abzustützen, und dann der Laserschweißkopf auf der Oberfläche aufgesetzt wird, und in einer weiteren Ausführung der Laserschweißkopf auf der Oberfläche aufgesetzt wird und dabei das Stützmittel das Hohlprofil oder ein damit verbundenes Bauteil kontaktiert, um das Hohlprofil abzustützen.
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In einer Ausführung weist das erste Blech und/oder das zweite Blech jeweils wenigstens einen Absatz, insbesondere zwei einander gegenüberliegende, Absätze auf, an dem bzw. denen das Hohlprofil formschlüssig angeordnet ist bzw. wird. Hierdurch kann das Hohlprofil in einer Ausführung vorteilhaft beim Verschweißen fixiert bzw. abgestützt werden. In einer Ausführung sind bzw. werden der bzw. die Absätze ur- oder umgeformt.
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In einer Ausführung weist das erste Blech und/oder das zweite Blech jeweils eine Nut auf, in der das Hohlprofil wenigstens teilweise aufgenommen ist bzw. wird. Die Nut kann insbesondere zwei vorstehend beschriebene, einander gegenüberliegende Absätze aufweisen. Entsprechend kann das Hohlprofil in der Nut mit oder ohne Bewegungsspiel aufgenommen werden bzw. sein, wobei in einer Ausführung eine Aufnahme ohne Bewegungsspiel den Schweißprozess verbessern und/oder die Abmessungen reduzieren kann, eine Aufnahme mit Bewegungsspiel Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen kompensieren kann.
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In einer Ausführung umgibt die Nut das Hohlprofil in einem Querschnitt auf wenigstens 25% eines Außenumfangs des Hohlprofilquerschnitts. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte Fixierung des Hohlprofils an dem Blech erreicht werden. In einer Weiterbildung umgibt die Nut das Hohlprofil in dem Querschnitt auf wenigstens 40% des Außenumfangs, insbesondere auf wenigstens 60%. Durch ein Umfassen des Hohlprofils auf mehr als einem Drittel, insbesondere mehr als einer Hälfte seines Außenumfangs kann eine besonders vorteilhafte Fixierung des Hohlprofils an dem Blech erreicht werden.
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In einer Ausführung wird der Laserschweißkopf robotergeführt, insbesondere an einer oder nacheinander an mehreren voneinander beabstandeten Stellen der Oberfläche des ersten Bleches und/oder des zweiten Bleches aufgesetzt und dort während des Laserschweißens bzw. Herstellens der Schweißnaht bzw. -nähte gehalten.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, unter Schutz gestellt, die in einer hier beschriebenen Weise hergestellt worden ist.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 Schritt a) eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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2 Schritt b) des Verfahrens;
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3A Schritt c) des Verfahrens in 2 entsprechender Darstellung;
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3B einen Schnitt längs der Linie B-B in 3A; und
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4 Schritt f) des Verfahrens.
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1 zeigt Schritt a) eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Ein Hohlprofil 3 wird dabei in einer Nut mit zwei einander gegenüberliegenden Absätzen 1.1, 1.2 eines nur teilweise dargestellten ersten Bleches 1 derart aufgenommen, dass die Nut 1.1, 1.2 das Hohlprofil 3 in dem in 1 gezeigten Querschnitt auf etwa 60% seines Außenumfangs umgibt. Dabei wird das Hohlprofil 3 im Ausführungsbeispiel formschlüssig an den beiden Absätzen 1.1, 1.2 angeordnet, in einer nicht dargestellten Abwandlung kann es auch mit Bewegungsspiel in der Nut 1.1, 1.2 aufgenommen sein, indem zwischen dem Hohlprofil 3 und dem ersten und/oder zweiten Absatz 1.1, 1.2 ein Spalt ausgebildet ist.
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Das Hohlprofil 3 kann insbesondere eine A-, B-, C- oder D-Säule einer Karosserie eines Personenkraftwagens oder ein Teil hiervon sein, das erste Blech insbesondere ein Teil eines oberen oder unteren Längs- oder Querträgers oder einer Wand, insbesondere Dachschale, der Karosserie.
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In einem in 2 gezeigten Schritt b) des Verfahrens wird ein Austrittsschacht 11 eines nur teilweise dargestellten, robotergeführten Laserschweißkopfs 10 auf einer Oberfläche des ersten Bleches 1 aufgesetzt, die dem Hohlprofil 3 gegenüberliegt (oben in 2). Dabei wird ein mit dem Laserschweißkopf 10 und relativ zu diesem bewegbares Stützmittel in Form einer an sich von Schweißzangen zum Punktschweißen bekannten Schweißzangenbacke 20 auf einer dem Laserschweißkopf 10 gegenüberliegenden Seite (unten in 2) des Hohlprofils 3 angeordnet, die das Hohlprofil 3 während einem nachfolgend beschriebenen Laserverschweißen formschlüssig abstützt. Laserschweißkopf 10 und Schweißzangenbacke 20 sind gegeneinander bewegbar an einer Schweißzange angeordnet, die ihrerseits über einen Ausgleichsmechanismus mit einem die Schweißzange führenden Roboter gekoppelt ist. Da dies an sich von Schweißzangen zum Punktschweißen bekannt ist, sind Schweißzange, Ausgleichsmechanismus und Roboter zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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In einem in 3A, 3B gezeigten Schritt c) des Verfahrens wird das Hohlprofil 3 mit dem ersten Blech 1 durch den Laserschweißkopf 10 laserverschweißt. Hierzu lenkt eine Optik (nicht dargestellt) einen Laserstrahl L innerhalb des Austrittsschachtes 11 senkrecht zu der Zeichenebene der 3A bzw. vertikal in 3B ab, um eine Schweißnaht S zu erzeugen, deren Längserstreckung a senkrecht zu der Zeichenebene der 3A bzw. vertikal in 3B ist. In einer Ausführung lenkt die Optik den Laserstrahl L zusätzlich abwechselnd quer zu dieser Längserstreckung (horizontal in 3A, 3B) aus, um eine mäanderförmige, beispielsweise sinus-sägezahn- oder zinnenartige, Schweißnaht S zu erzeugen, deren Quererstreckung bzw. Amplitude b (horizontal in 3A, 3B) weniger als 1/10 der Längserstreckung a der Schweißnaht S beträgt. In 3A, 3B sind die Abmessungen a, b zur Verdeutlichung nicht maßstabsgerecht dargestellt.
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In einer Ausführung werden von der so erzeugten Schweißnaht S, insbesondere in Richtung ihrer Längserstreckung, beabstandet weitere Schweißnähte erzeugt. Dabei können eine oder mehrere voneinander beabstandete Schweißnähte durch entsprechende Umlenkung und/oder zeitweise Abschwächung, insbesondere Deaktivierung, des Laserstrahls L innerhalb des Austrittsschachtes 11 erzeugt werden, ohne diesen relativ zum ersten Blech 1 umzupositionieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Laserschweißkopf 10, ausgehend von 3A, 3B, von der Oberfläche des ersten Bleches 1 abgehoben, anschließend, insbesondere in Richtung der Längserstreckung der erzeugten Schweißnaht S, beabstandet, und schließlich in vorstehend mit Bezug auf 2 erläuterter Weise an einer beabstandeten Stelle der Oberfläche des ersten Bleches 1 wieder auf dieser aufgesetzt werden, wobei dann an dieser Stelle in vorstehend mit Bezug auf 3A, 3B erläuterter Weise ein oder mehrere weitere voneinander beabstandete Schweißnähte erzeugt werden.
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Nachdem das Hohlprofil 3 und das erste Blech 1 in vorstehend beschriebener Weise mit mehreren voneinander beabstandeten Schweißnähten S miteinander laserverschweißt worden sind, kann in einer Ausführung in vorstehend mit Bezug auf 1, 2 erläuterter Weise ein zweites Blech 2 an dem Hohlprofil 3 und/oder dem ersten Blech 1 angeordnet und der Laserschweißkopf 10 auf einer Oberfläche dieses zweiten Bleches 2 aufgesetzt werden, die dem Hohlprofil 3 und ersten Blech 1 gegenüberliegt (unten in 4).
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In einem in 4 gezeigten Schritt f) des Verfahrens wird dann das Hohlprofil 3 mit dem zweiten Blech 2 durch den Laserschweißkopf 10 laserverschweißt, wie dies vorstehend mit Bezug auf 3A, 3B erläutert wurde. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Blech 2 durch den Laserschweißkopf 10 auch mit dem ersten Blech 1 laserverschweißt werden.
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Exemplarisch umgibt eine Nut 2.1 des zweiten Blechs 2, in der das Hohlprofil 3 in dem in 4 gezeigten Querschnitt aufgenommen ist, das Hohlprofil 3 auf etwa 40% seines Außenumfangs, so dass die Nuten 1.1, 1.2 und 2.1 des ersten und zweiten Bleches 1, 2 das Hohlprofil 3 in dem in 4 gezeigten Querschnitt über seinen gesamten Außenumfang umgeben.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
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So kann insbesondere das mit Bezug auf 4 erläuterte zweite Blech 2 entfallen.
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Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | erstes Blech |
| 1.1 | erster Absatz (Nut) |
| 1.2 | zweiter Absatz (Nut) |
| 2 | zweites Blech |
| 2.1 | Nut |
| 3 | Hohlprofil |
| 10 | Laserschweißkopf |
| 11 | Austrittsschacht |
| 20 | Schweißzangenbacke (Stützmittel) |
| L | Laserstrahl |
| S | Schweißnaht |
| a | Längserstreckung |
| b | Quererstreckung |
