DE102014100780B4 - Method and device for assembling components - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Montage von Bauteilen zu einer Baugruppe, bei dem wenigstens ein Bauteil ein Faserverbund-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ist, wobei das Faserverbund-Bauteil bereits vollständig ausgehärtet ist, mit den Schritten: a) Erfassen einer Ist-Bauteilgeometrie des wenigstens einen Faserverbund-Bauteils mittels einer Messvorrichtung, b) Vergleichen der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit einer vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie mittels einer Auswerteeinheit, c) Verformen des Faserverbund-Bauteils durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf das Faserverbund-Bauteil mittels einer Verformungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Vergleich der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit der vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie, anhand der durch den Vergleich zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie ermittelten Differenz, um so die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie anzunähern oder die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen exakt einzustellen und d) Montage des wenigstens einen übrigen Bauteils an das verformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe.Method for assembling components to form an assembly, wherein at least one component is a fiber composite component of a fiber composite material, wherein the fiber composite component is already fully cured, comprising the steps of: a) detecting an actual component geometry of the at least one fiber composite component by means of a measuring device, b) comparing the detected actual component geometry with a predetermined desired component geometry by means of an evaluation unit, c) deforming the fiber composite component by applying an external force to the fiber composite component by means of a deformation device in dependence on the comparison of the detected Ist Component geometry with the specified target component geometry, based on the determined by the comparison between actual component geometry and target component geometry difference, so as to approximate the predetermined target component geometry or adjust the specified target component geometry within predetermined tolerance limits exactly n and d) mounting the at least one remaining component to the deformed fiber composite component for producing the assembly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Bauteilen zu einer Baugruppe, bei dem wenigstens ein Bauteil ein Faserverbund-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Montagesystem hierzu.The invention relates to a method for assembling components to form an assembly in which at least one component is a fiber composite component made of a fiber composite material. The invention also relates to a mounting system for this purpose.

Faserverbundwerkstoffe sind heutzutage aus der Luft- und Raumfahrt nicht mehr wegzudenken. Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen vereint dabei die Eigenschaft einer hohen Festigkeit und Steifigkeit eines Bauteils mit einem meistens sehr niedrigen Gewicht. Der Einsatz dieser Werkstoffe ist daher unter dem Aspekt des Leichtbaus besonders vorteilhaft. Allerdings ist die hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit des Werkstoffes richtungsabhängig, sodass bei Bauteilen, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in mehrere, verschiedene Richtungen aufweisen müssen, komplexe Strukturen entstehen, die nicht selten aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden müssen.Fiber composites are nowadays indispensable in the aerospace industry. The use of fiber composites combines the property of a high strength and rigidity of a component with a mostly very low weight. The use of these materials is therefore particularly advantageous under the aspect of lightweight construction. However, the high weight-specific strength and stiffness of the material depends on the direction, so that components that need to have high strength and rigidity in several different directions, complex structures arise, which often need to be composed of several individual parts.

Des Weiteren gibt es Bestrebungen, auch sehr große, flächige Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff herstellen zu können. So ist beispielsweise aus der DE 10 2010 015 027 B4 eine Faser-Legevorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe von auf Schienen geführten Robotern großflächig Faserhalbzeuge auf einem Formwerkzeug abgelegt werden können. Ziel ist es hierbei, große flächige Bauteile, wie beispielsweise Flügelschalen von Flugzeugen industriell in Serie zu fertigen.Furthermore, there are efforts to be able to produce very large, flat components made of a fiber composite material. For example, from the DE 10 2010 015 027 B4 a fiber laying device is known in which with the help of guided on rails robots large-scale fiber semi-finished products can be stored on a mold. The aim here is to produce large-scale components, such as wing shells of aircraft industrially in series.

Gerade bei großen, flächigen Bauteilen kommt es bedingt durch innere Spannungen nach dem Aushärten des Faserverbundwerkstoffes und nach dem Entformen des Faserverbund-Bauteils zu Form- und Lageabweichungen, die beispielsweise im Bereich der Luft- und Raumfahrt nur bedingt tolerierbar sind. Gerade in diesem Anwendungsbereich ist eine hohe Genauigkeit erforderlich, die im Herstellungsprozess des Bauteils nur mit großen Anstrengungen erreicht wird. Die Ursache für derartige Form- und Lageabweichungen können unterschiedlichster Art sein und bereits ab dem ersten Fertigungsschritt entstehen, z.B. beim Zuschnitt der Faserhalbzeuge, beim Erstellen des Lagenaufbaus, beim Preforming und vor allem beim Aushärten des Faserverbund-Bauteils.Especially with large, flat components, it comes due to internal stresses after curing of the fiber composite material and after demolding of the fiber composite component to shape and position deviations that are tolerated only partially, for example in the field of aerospace. Especially in this field of application, a high level of accuracy is required, which is achieved only with great effort in the manufacturing process of the component. The cause of such deviations in shape and position can be of the most varied kind and arise already from the first production step, e.g. when cutting the semi-finished fiber products, when creating the layer structure, during preforming and especially when curing the fiber composite component.

Werden in der Endmontage mehrere Bauteile an das Faserverbund-Bauteil montiert, um so die fertige Baugruppe herzustellen, verursachen auch kleinste Abweichungen, die noch im Toleranzbereich liegen, einen enormen zeitlichen und somit wirtschaftlichen Aufwand. Als Beispiel hierfür sei die Endmontage von Flugzeugflügeln aus einem Faserverbundwerkstoff genannt, bei der die Oberschale, die Unterschale sowie die Rippen zur Herstellung des Flugzeugflügels aneinandergefügt werden. Hierbei führen kleinste Abweichungen der Bauteilgeometrie zu nicht tolerierbaren Spaltmaßen an den Fügestellen, sodass diese aufwendig per Hand nachgearbeitet werden müssen.If several components are mounted on the fiber composite component in the final assembly so as to produce the finished assembly, cause even the smallest deviations that are still in the tolerance range, an enormous time and thus economic effort. An example of this is the final assembly of aircraft wings made of a fiber composite material, in which the upper shell, the lower shell and the ribs for the production of the aircraft wing are joined together. In this case, smallest deviations of the component geometry lead to unacceptable gap dimensions at the joints, so that they have to be refinished by hand.

In der Praxis wird hierbei zunächst die Baugruppe vormontiert und vermessen, um so die Abweichungen an den Fügestellen feststellen zu können. Anschließend wird die Baugruppe wieder demontiert und die Fügestellen werden entsprechen nachgearbeitet, um so die Passgenauigkeit zu erhöhen. Dieser iterative Prozessschritt wird dabei so lange wiederholt, bis die gewünschte Passgenauigkeit an den Fügestellen erreicht wird. Es ist leicht zu erkennen, dass eine derartige Vorgehensweise für eine Serienfertigung aus allein wirtschaftlichen Aspekten nicht in Frage kommt.In practice, the assembly is first preassembled and measured so as to be able to determine the deviations at the joints. Subsequently, the assembly is dismantled again and the joints are reworked accordingly, so as to increase the accuracy of fit. This iterative process step is repeated until the desired accuracy of fit is achieved at the joints. It is easy to see that such an approach is ineligible for mass production for purely economic reasons.

Aus der US 2012/0213955 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bekannt, wobei zwei Bauteile hierfür ineinander geschoben und überlappend angeordnet werden und dann im Überlappungsbereich fixiert werden. From the US 2012/0213955 A1 a method for producing a component is known, wherein two components for this purpose are pushed together and arranged overlapping and then fixed in the overlapping area.

Aus der WO 2013/072606 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zunächst eine Form zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bestimmt und anschließend diese Form hergestellt wird, wobei Abweichungen von der idealen Bauteilform erfasst und anschließend neue Daten zur Erzeugung der Form hergestellt werden. From the WO 2013/072606 A1 a method is known in which initially determines a mold for producing a fiber composite component and then this mold is produced, wherein detected deviations from the ideal component shape and then new data for producing the mold are produced.

Aus der US 2007/0092379 A1 ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes bekannt, bei dem die in ein Formwerkzeug eingebrachte Preform verformt wird.From the US 2007/0092379 A1 Finally, a method for producing a rotor blade is known in which the introduced into a mold preform is deformed.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit der Bauteile zu einer Baugruppe zusammengesetzt werden können, ohne dass es hierfür dem Prozessschritt einer Vormontage und einer Nachbearbeitung der Flügelkanten bedarf, wenn zumindest ein Faserverbund-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ist.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method and an improved device, with which components can be assembled to form an assembly without the need for the process step of pre-assembly and post-processing of the wing edges, if at least one fiber composite component made of a fiber composite material is.

Die Erfindung wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie dem Montagesystem gemäß Anspruch 6 erfindungsgemäß gelöst.The invention is achieved by the method according to claim 1 and the mounting system according to claim 6 according to the invention.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Montage von Bauteilen zu einer Baugruppe vorgeschlagen, wobei wenigstens ein Bauteil ein Faserverbund-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ist. Das Faserverbund-Bauteil ist dabei vollständig ausgehärtet, sodass der Herstellungsprozess des Bauteils an sich weitgehend abgeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird nunmehr die Ist-Bauteilgeometrie des wenigstens einen Faserverbund-Bauteils mittels einer Messvorrichtung erfasst und mittels einer Auswerteeinheit mit einer vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie verglichen. Auch wenn die Differenz zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie innerhalb der von der Qualitätsicherung vorgegebenen Toleranzbereiche liegt, so kann diese Abweichung dennoch beim Montieren der Bauteile zu einer gemeinsamen Baugruppe zu Schwierigkeiten und nicht-tolerierbaren Spaltmaßen führen.According to claim 1, a method for assembling components to an assembly is proposed, wherein at least one component is a fiber composite component made of a fiber composite material. The fiber composite component is completely cured, so that the manufacturing process of the component is largely completed. According to the invention, the actual component geometry of the at least one fiber composite component is now determined by means of a measuring device detected and compared by means of an evaluation with a predetermined target component geometry. Even if the difference between the actual component geometry and the target component geometry lies within the tolerance ranges specified by the quality assurance, this deviation can nevertheless lead to difficulties and unacceptable gaps when mounting the components in a common assembly.

Das Faserverbund-Bauteil wird nun mittels einer Verformungsvorrichtung verformt, indem eine äußere Kraft auf das Faserverbund-Bauteil aufgebracht wird. Die Verformung des Faserverbund-Bauteils erfolgt dabei in Abhängigkeit von dem Vergleich der erfassten Ist-Bauteilgeometrie und der vorgegeben Soll-Bauteilgeometrie. Genauer gesagt, die Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils wird, nachdem das Faserverbund-Bauteil vollständig ausgehärtet ist, anhand der durch den Vergleich zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie ermittelten Differenz verformt, um so zumindest die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie anzunähern oder im besten Falle die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie innerhalb von vorgegebenen Toleranzgrenzen exakt einzustellen. Je nach Genauigkeit der Verformungsvorrichtung, die beispielsweise aktuatorgesteuert sein kann, lässt sich die Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils im Zehntel oder Hundertstel mm-Bereich durch Verformung exakt einstellen.The fiber composite component is then deformed by means of a deformation device by an external force is applied to the fiber composite component. The deformation of the fiber composite component takes place in dependence on the comparison of the detected actual component geometry and the predetermined target component geometry. More specifically, after the fiber composite component has fully cured, the component geometry of the fiber composite component is deformed on the basis of the difference determined by the comparison between actual component geometry and target component geometry so as to approximate at least the predetermined target component geometry, or at best to set the specified target component geometry exactly within specified tolerance limits. Depending on the accuracy of the deformation device, which may be actuated, for example, the component geometry of the fiber composite component in the tenth or hundredth mm range can be adjusted by deformation exactly.

Nachdem das Faserverbund-Bauteil mittels der Verformungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie entsprechend verformt wurde, erfolgt die Montage der übrigen Bauteile, zumindest des einen weiteren Bauteils, an das verformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe. Aufgrund der Verformung des Faserverbund-Bauteils näher heran an die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie lassen sich kleinste Abweichungen an den Fügestellen der einzelnen Bauteile minimieren, sodass die Bauteile innerhalb ihrer Toleranzgrenzen exakt montiert werden können, ohne das es hierfür aufwendige, händlerische Nachbearbeitungsschritte bedarf. Vielmehr können die Bauteile in einem Prozessschritt exakt aneinandergefügt werden, um durch Montieren der Bauteile zu einer Baugruppe das Zwischen- oder Endprodukt in einem Prozessschritt herstellen zu können. Aufwendige Vormontage, Ausmessen und Demontage ist dann nicht mehr erforderlich.After the fiber composite component has been deformed accordingly by means of the deformation device as a function of the difference between the actual component geometry and target component geometry, the assembly of the remaining components, at least the one further component, to the deformed fiber composite component for the production of the assembly takes place. Due to the deformation of the fiber composite component closer to the specified target component geometry, smallest deviations at the joints of the individual components can be minimized, so that the components can be mounted accurately within their tolerance limits, without the need for elaborate, commercial finishing steps. Rather, the components can be exactly joined together in a process step in order to be able to produce the intermediate or end product in one process step by mounting the components to form an assembly. Elaborate pre-assembly, measurement and disassembly is then no longer required.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, den zeitlichen und wirtschaftlichen Aufwand bei der Montage von komplexen Faserverbund-Bauteilen zu reduzieren und das Nachbearbeiten der Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils zu eliminieren.With the help of the present invention, it is thus possible to reduce the time and economic expense in the assembly of complex fiber composite components and to eliminate the reworking of the component geometry of the fiber composite component.

Ein Faserverbundwerkstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei insbesondere ein Werkstoff, bei dem Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern oder Glasfasern in ein Matrixmaterial, beispielsweise eine Kunststoffmatrix, eingebettet werden. Nach Aushärten des Kunststoffes entsteht so das fertige Faserverbund-Bauteil.A fiber composite material in the context of the present invention is in particular a material in which reinforcing fibers, such as carbon fibers or glass fibers are embedded in a matrix material, for example a plastic matrix. After curing of the plastic so the finished fiber composite component.

Das Verformen des Faserverbund-Bauteils mit Hilfe der Verformungsvorrichtung erfolgt dabei zumindest reversibel, sodass das Faserverbund-Bauteil aufgrund der Elastizität der Versteifungsfasern und der Kunststoffmatrix grundsätzlich sich in seine Ursprungsform zurückverformen würde, wenn keine äußeren Kräfte mehr auf das Faserverbund-Bauteil zur Verformung wirken würden. Erst durch die Montage weiterer Bauteile an das verformte Faserverbund-Bauteil wird die verformte Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils in der Soll-Bauteilgeometrie fixiert.The deformation of the fiber composite component by means of the deformation device takes place at least reversibly, so that the fiber composite component would basically deform back into its original shape due to the elasticity of the stiffening fibers and the plastic matrix, if no external forces would act on the fiber composite component for deformation , Only by mounting further components to the deformed fiber composite component, the deformed component geometry of the fiber composite component is fixed in the target component geometry.

Die Erfinder haben dabei erkannt, dass trotz der dabei entstehenden Eigenspannung innerhalb des Bauteils, aufgrund der Verformung zum Zwecke der Montage dies keine negativen Auswirkungen auf die Stabilität und Festigkeit des Bauteils sowie der gesamten Baugruppe hat. Demnach lassen sich mittels des vorliegenden Verfahrens auch komplexe, sicherheitskritische Faserverbund-Bauteile zu einer Baugruppe montieren, wie beispielsweise Flügelschalen von Flugzeugen.The inventors have recognized that despite the resulting residual stress within the component due to the deformation for the purpose of assembly this has no negative impact on the stability and strength of the component and the entire assembly. Accordingly, complex, safety-critical fiber composite components can be assembled into an assembly, such as wing shells of aircraft by means of the present method.

Bei der Messvorrichtung kann es sich vorteilhafterweise um eine 3D-Messvorrichtung handeln, mit der ein 3D-Bauteilmodel ermittelt werden kann. Eine derartige Messvorrichtung kann beispielsweise eine optische Messvorrichtung sein, bei der mit Hilfe von dreidimensionalen Kamerabildern und einer entsprechenden Bildauswertung die Ist-Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils erfasst wird.The measuring device can advantageously be a 3D measuring device with which a 3D component model can be determined. Such a measuring device can be, for example, an optical measuring device in which the actual component geometry of the fiber composite component is detected with the aid of three-dimensional camera images and a corresponding image evaluation.

Die Verformungsvorrichtung kann vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Aktuatoren, insbesondere Linear-Aktuatoren aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie aufgrund einer Längenänderung eine Verformung der Bauteilgeometrie eines an den Aktuatoren angeordneten Faserverbund-Bauteils bewirken.The deformation device may advantageously have a plurality of actuators, in particular linear actuators, which are designed such that they cause a deformation of the component geometry of a arranged on the actuators fiber composite component due to a change in length.

Es ist vorteilhaft, wenn das Faserverbund-Bauteil zunächst an der Verformungsvorrichtung angeordnet wird und anschließend die Ist-Bauteilgeometrie des an der Verformungsvorrichtung angeordneten Faserverbund-Bauteils mittels der Messvorrichtung erfasst wird. Hierdurch kann das Verfahren nahezu vollständig automatisiert ablaufen, ohne dass manuell eingegriffen werden muss. Darüber hinaus ermöglicht die präzise Positionierung des Faserverbund-Bauteils an der Verformungsvorrichtung immer gleichbleibende und reproduzierbare Ausgangssituationen.It is advantageous if the fiber composite component is firstly arranged on the deformation device and then the actual component geometry of the fiber composite component arranged on the deformation device is detected by means of the measuring device. As a result, the process can run almost completely automated, without having to intervene manually. In addition, the precise positioning of the fiber composite component on the deformation device always allows Consistent and reproducible starting situations.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Faserverbund-Bauteil ebenfalls zunächst an der Verformungsvorrichtung angeordnet, wobei die Prozessschritte des Erfassens der Ist-Bauteilgeometrie, des Vergleichens der Ist-Bauteilgeometrie mit der Soll-Bauteilgeometrie sowie des Verformens des Faserverbund-Bauteils mittels der Verformungsvorrichtung durch eine übergeordnete Steuervorrichtung wiederholend durchgeführt wird, wobei bei jeder Wiederholung dieser Prozessschritte die Verformung des Faserverbund-Bauteils die Ist-Bauteilgeometrie an die Soll-Bauteilgeometrie annähert. Hierdurch wird eine iterative Anpassung der Bauteilgeometrie an eine vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie durch Messen, Vergleichen und Verformen realisiert, sodass auch komplexe Bauteile, deren Verformungsverhalten nicht analytisch vorherbestimmt werden kann, durch eine entsprechende Verformung an die gewünschte Soll-Bauteilgeometrie angepasst werden kann. Die Prozessschritte des Messens, Vergleichens und Verformens werden dabei solange wiederholend durchgeführt, bis die Ist-Bauteilgeometrie innerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze der Soll-Bauteilgeometrie entspricht.In a particularly advantageous embodiment, the fiber composite component is also initially arranged on the deformation device, wherein the process steps of detecting the actual component geometry, comparing the actual component geometry with the target component geometry and the deformation of the fiber composite component by means of the deformation device by a parent control device is carried out repeatedly, with each repetition of these process steps, the deformation of the fiber composite component approaches the actual component geometry to the target component geometry. As a result, an iterative adaptation of the component geometry is realized to a predetermined target component geometry by measuring, comparing and deforming, so that even complex components whose deformation behavior can not be determined analytically, can be adapted by appropriate deformation to the desired target component geometry. The process steps of measuring, comparing and deforming are carried out repeatedly until the actual component geometry within a predetermined tolerance limit of the target component geometry corresponds.

Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einem teilflexiblen Faserverbund-Bauteil mittels eines iterativen Verformens bis zur messtechnisch erfassbaren maximalen Konturtreue eine einfache und sehr flexible Montage innerhalb der vorgegebenen Toleranzmaße möglich wird, sodass auf Nacharbeitungen an dem Bauteil sowie komplexe Prozessschritte verzichtet werden kann.In this way, it can be achieved that, in the case of a partially flexible fiber composite component by means of an iterative deformation up to the metrologically detectable maximum contour accuracy a simple and very flexible assembly within the predetermined tolerance dimensions is possible, so that can be dispensed with reworking on the component and complex process steps.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Faserverbund-Bauteil über eine gewünschte End-Bauteilgeometrie hinaus derart verformt wird, dass eine Einspannung in dem Faserverbund-Bauteil erzeugt wird, die nach Montage des wenigstens einem übrigen Bauteils an das überverformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe eine Rückverformung in die gewünschte End-Bauteilgeometrie bewirkt. Hierbei wird der an und für sich negative Effekt ausgenutzt, dass durch die Verformung des Faserverbund-Bauteils eine Eigenspannung in dem Bauteil erzeugt wird, die geeignet ist, das Bauteil in seine Ursprungsform zurückzuverformen. Wird das Faserverbund-Bauteil nun in die End-Bauteilform verformt und die übrigen Bauteile dann angefügt, so kann das unter Umständen passieren, dass aufgrund der Eigenspannung das verformte Faserverbund-Bauteil sich ein wenig verformt, sodass es nicht mehr der exakten End-Bauteilform entspricht.Moreover, it is advantageous if the fiber composite component is deformed beyond a desired end component geometry such that a restraint in the fiber composite component is produced, which after mounting the at least one remaining component to the over-molded fiber composite component for producing the Assembly causes a reverse deformation in the desired end component geometry. In this case, the inherently negative effect is exploited that an internal stress in the component is produced by the deformation of the fiber composite component, which is suitable to deform the component back to its original shape. If the fiber composite component is then deformed into the final component shape and the other components are then added, then this may happen under certain circumstances that due to the residual stress, the deformed fiber composite component deforms a little so that it no longer corresponds to the exact end component shape ,

Dieser Nachteil wird dadurch behoben, dass das Faserverbund-Bauteil über die gewünschte End-Bauteilform hinaus in eine Soll-Bauteilform verformt wird, sodass aufgrund der Eigenspannung Nachmontage der übrigen Bauteile das Faserverbund-Bauteil aus der Soll-Bauteilform leicht verformt wird, wobei diese Verformung dann zu der gewünschten End-Bauteilform führt. Das Bauteil wird somit über die eigentliche End-Bauteilform hinaus überverformt und kehrt dann aufgrund der Eigenspannung zurück in die gewünschte End-Bauteilform.This disadvantage is eliminated by deforming the fiber composite component beyond the desired end component shape into a desired component shape, so that the fiber composite component is easily deformed from the desired component form due to the internal stress subsequent assembly of the remaining components, this deformation then leads to the desired end component shape. The component is thus over-molded beyond the actual end component shape and then returns due to the residual stress back into the desired end component shape.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:The invention will be explained by way of example with reference to the attached figures. Show it:

1 schematische Darstellung des Montageprozesses aus dem Stand der Technik; 1 schematic representation of the assembly process of the prior art;

2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Montageprozesses; 2 schematic representation of the assembly process according to the invention;

3 schematische Darstellung eines entsprechenden Montagesystems. 3 schematic representation of a corresponding mounting system.

1 zeigt schematisch den Montageprozess, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. In Prozessschritt P100 wird dabei zunächst eine Qualitätsprüfung durchgeführt und das fertig hergestellte und ausgehärtete Faserverbund-Bauteil vermessen. Anschließend erfolgt in Prozessschritt P101 eine Vormontage aller Bauteile, wobei dann in Prozessschritt P102 die Passgenauigkeit und die sich ergebenden Spalten der fertigen Baugruppe nach der Vormontage vermessen und ermittelt werden. 1 schematically shows the assembly process, as is known in the prior art. In process step P100, a quality check is first carried out and the finished and cured fiber composite component is measured. Subsequently, in process step P101, a pre-assembly of all components takes place, wherein then in process step P102 the accuracy of fit and the resulting columns of the finished assembly are measured and determined after pre-assembly.

Anschließend erfolgt eine Überprüfung, ob die sich ergebenden Spaltmaße innerhalb einer entsprechenden Fertigungstoleranz liegen oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so wird mit Prozessschritt P103 die Baugruppe demontiert und die einzelnen Bauteile dann im Prozessschritt P104 nachbearbeitet. Die Kompensation der sich ergebenden Passungenauigkeiten kann beispielsweise mittels Schimming erfolgen. Anschließend wird diese Prozessschleife beginnend mit dem Prozessschritt P101, der Vormontage, wiederholt.Subsequently, a check is made as to whether the resulting gap dimensions lie within a corresponding manufacturing tolerance or not. If this is not the case, the assembly is dismantled with process step P103 and the individual components are then reworked in process step P104. The compensation of the resulting fit inaccuracies can be done for example by means of shimming. Subsequently, this process loop is repeated beginning with the process step P101, the pre-assembly.

Die Prozessschritte P101 bis P104 werden dabei solange wiederholt, bis sich eine hinreichend genaue Passgenauigkeit und tolerierbare Spaltmaße ergeben. Anschließend werden in Schritt P105 die Bauteile zusammengefügt und endmontiert.The process steps P101 to P104 are repeated until a sufficiently accurate fit and tolerable gap dimensions result. Subsequently, in step P105, the components are assembled and final assembled.

Sowohl die Vormontage als auch das Nachbearbeiten und damit zusammenhängende Demontage der Baugruppen führt zu einem hohen zeitlichen und wirtschaftlichen Aufwand, der mit Hilfe der vorliegenden Erfindung eliminiert werden kann. Hierzu wird ein neues Verfahren verwendet, dessen Montageprozess schematisch in 2 dargestellt ist. Im Prozessschritt P200 wird dabei zunächst das Faserverbund-Bauteil an einer Verformungsvorrichtung angeordnet. Anschließend wird im Prozessschritt P201 das Faserverbund-Bauteil mit Hilfe einer Messvorrichtung automatisch vermessen, wobei dann die Ist-Bauteilgeometrie mit einer Soll-Bauteilgeometrie verglichen wird, was im Prozessschritt P202 erfolgt. Liegt die Differenz zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie innerhalb einer vorigen Toleranzgrenze, so kann die Endmontage im Prozessschritt P204 erfolgen. Andernfalls wird die Verformungsvorrichtung so angesteuert, dass im Prozessschritt P203 das Faserverbund-Bauteil in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie verformt wird, um so die Soll-Bauteilgeometrie anzunähern.Both the pre-assembly and the reworking and related disassembly of the modules leads to a high temporal and economic cost, which can be eliminated by means of the present invention. For this purpose, a new method is used, the assembly process schematically in 2 is shown. In the process step P200, the fiber composite component is first arranged on a deformation device. Subsequently, in the process step P201, the fiber composite component is automatically measured with the aid of a measuring device, in which case the actual component geometry is compared with a desired component geometry, which takes place in the process step P202. If the difference between actual component geometry and target component geometry lies within a previous tolerance limit, the final assembly can take place in process step P204. Otherwise, the deformation device is controlled so that in the process step P203 the fiber composite component is deformed as a function of the difference between actual component geometry and target component geometry, so as to approximate the target component geometry.

Anschließend wird Prozessschritt P201 von neuem durchgeführt, wobei die Prozessschritte P201 bis P203 solange wiederholend durchgeführt werden, bis sich eine hinreichende Annäherung an die Soll-Bauteilgeometrie ergibt.Subsequently, process step P201 is carried out anew, the process steps P201 to P203 being carried out repeatedly until a sufficient approximation to the desired component geometry results.

3 zeigt schematisch die dafür verwendete Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform. Gezeigt ist in 3 schematisch ein Montagesystem 1, das eine Messvorrichtung 2 und eine Verformungsvorrichtung 3 aufweist. Die Verformungsvorrichtung 3 weist eine Mehrzahl von Aktuatoren 4 auf, die je nach Ansteuerung eine Längenänderung durchführen können, wodurch ein an den Aktuatoren 4 angeordnetes Faserverbund-Bauteil 5 bezüglich seiner Bauteilgeometrie verformt werden kann. Die Messvorrichtung 2 ist dabei so ausgebildet, dass sie insbesondere 3D-Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils 5 erzeugen kann, sodass die Maße der Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils 5 erfassbar werden. 3 schematically shows the device used therefor in an advantageous embodiment. Shown is in 3 schematically a mounting system 1 that is a measuring device 2 and a deformation device 3 having. The deformation device 3 has a plurality of actuators 4 on, which can perform a change in length depending on the control, whereby one of the actuators 4 arranged fiber composite component 5 can be deformed with respect to its component geometry. The measuring device 2 is designed so that they in particular 3D component geometry of the fiber composite component 5 can produce so that the dimensions of the component geometry of the fiber composite component 5 become detectable.

Sowohl die Messvorrichtung 2 als auch die Verformungsvorrichtung 3 sind signaltechnisch mit einer Steuervorrichtung 6 verbunden, die eine Auswerteeinheit 7 hat, mit der die von der Messvorrichtung 2 erfasste Ist-Bauteilgeometrie mit einer vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie verglichen werden kann. Die Steuervorrichtung 6 ist dabei so eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie die Verformungsvorrichtung 3 so ansteuert, dass durch eine Verformung des an der Verformungsvorrichtung 3 angeordneten Faserverbund-Bauteils 5 die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils 5 angenähert wird.Both the measuring device 2 as well as the deformation device 3 are signal technology with a control device 6 connected, which is an evaluation unit 7 has, with that of the measuring device 2 detected actual component geometry can be compared with a predetermined target component geometry. The control device 6 is set up so that it depends on the difference between actual component geometry and target component geometry, the deformation device 3 so that controls by a deformation of the deformation of the device 3 arranged fiber composite component 5 the predetermined target component geometry of the fiber composite component 5 is approximated.

Dabei ist die Steuervorrichtung 6 insbesondere so ausgebildet, dass sie dem iterativen Montageprozess, so wie er in 2 beschrieben ist, automatisiert durchführen kann, d.h. zunächst werden Messdaten der Messvorrichtung 2 erfasst, der Vergleich mit Hilfe der Auswerteeinheit 7 durchgeführt und anschließend die Verformungsvorrichtung 3 angesteuert, wobei anschließend der Prozess wiederholend durchgeführt wird.In this case, the control device 6 In particular, they are designed to fit the iterative assembly process, as described in 2 is described, can perform automated, ie first measurement data of the measuring device 2 recorded, the comparison with the aid of the evaluation unit 7 performed and then the deformation device 3 then the process is repeated.

Nachdem das Faserverbund-Bauteil 5 in seine gewünschte Soll-Bauteilgeometrie gebracht wurde, kann mit Hilfe einer Montagevorrichtung 8 die Montage der übrigen Bauteile an dem verformten Faserverbund-Bauteil 5 erfolgen, um so die herzustellende Baugruppe zu bilden.After the fiber composite component 5 has been brought into its desired target component geometry, with the aid of a mounting device 8th the assembly of the other components to the deformed fiber composite component 5 done so as to form the assembly to be produced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Montagesystem mounting system
22
Messvorrichtung measurement device
33
Verformungsvorrichtung molding machine
44
Aktuatoren actuators
55
Faserverbund-Bauteilen Fiber composite components
66
Steuervorrichtung control device
77
Auswerteeinheit evaluation
88th
Montagevorrichtung mounter
P100P100
Qualtitätsprüfung/Vermessung Quality testing / survey
P101P101
Vormontage pre-assembly
P102P102
Vermessung der Passgenauigkeit Measuring the accuracy of fit
P103P103
Demontage dismantling
P104P104
Nachbearbeitung post processing
P105P105
Endmontage Final assembly
P200P200
Anordnen an Verformungsvorrichtung Arranging on deformation device
P201P201
Vermessen measure
P202P202
Vergleichen to compare
P203P203
Verformen Deform
P204P204
Endmontage Final assembly

Claims (9)

Verfahren zur Montage von Bauteilen zu einer Baugruppe, bei dem wenigstens ein Bauteil ein Faserverbund-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ist, wobei das Faserverbund-Bauteil bereits vollständig ausgehärtet ist, mit den Schritten: a) Erfassen einer Ist-Bauteilgeometrie des wenigstens einen Faserverbund-Bauteils mittels einer Messvorrichtung, b) Vergleichen der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit einer vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie mittels einer Auswerteeinheit, c) Verformen des Faserverbund-Bauteils durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf das Faserverbund-Bauteil mittels einer Verformungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Vergleich der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit der vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie, anhand der durch den Vergleich zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie ermittelten Differenz, um so die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie anzunähern oder die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen exakt einzustellen und d) Montage des wenigstens einen übrigen Bauteils an das verformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe.Method for mounting components to form an assembly, wherein at least one component is a fiber composite component made of a fiber composite material, wherein the fiber composite component is already fully cured, with the steps: a) detecting an actual component geometry of the at least one fiber composite component by means of a measuring device, b) comparing the detected actual component geometry with a predetermined target component geometry by means of an evaluation unit, c) deforming the fiber composite component by applying an external force to the fiber composite component by means of a deformation device in dependence on the comparison of the detected actual component geometry with the predetermined target component geometry, based on the comparison between actual component geometry and target component geometry determined difference, so as to approximate the predetermined target component geometry or set the specified target component geometry within predetermined tolerance limits exactly and d) mounting the at least one remaining component to the deformed fiber composite component for producing the assembly. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Faserverbund-Bauteil zunächst an der Verformungsvorrichtung, mit der die Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf das Faserverbund-Bauteil verformt werden kann, angeordnet wird und anschließend die Ist-Bauteilgeometrie des an der Verformungsvorrichtung angeordneten Faserverbund-Bauteils mittels der Messvorrichtung erfasst wird.A method according to claim 1, characterized in that the at least one fiber composite component first with the deformation device, with the component geometry of the fiber composite component can be deformed by applying an external force to the fiber composite component is arranged, and then the actual component geometry of the arranged on the deformation device fiber composite component is detected by means of the measuring device. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Faserverbund-Bauteil zunächst an der Verformungsvorrichtung, mit der die Bauteilgeometrie des Faserverbund-Bauteils durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf das Faserverbund-Bauteil verformt werden kann, angeordnet wird und die Schritte a) bis c) wiederholend durchgeführt werden, wobei bei jeder Wiederholung durch die Verformung des Faserverbund-Bauteils in Schritt c) die Ist-Bauteilgeometrie an die Soll-Bauteilgeometrie angenähert wird, bis die in Schritt a) erfasste Ist-Bauteilgeometrie innerhalb einer Toleranzgrenze der Soll-Bauteilgeometrie entspricht.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one fiber composite component is first at the deformation device, with which the component geometry of the fiber composite component can be deformed by applying an external force on the fiber composite component, and the steps a ) to c) are repeated, wherein at each repetition by the deformation of the fiber composite component in step c) the actual component geometry is approximated to the target component geometry until the detected in step a) actual component geometry within a tolerance limit of the target Component geometry corresponds. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbund-Bauteil ein flächiges Faserverbund-Bauteil ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite component is a flat fiber composite component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbund-Bauteil über eine gewünschte End-Bauteilgeometrie hinaus derart verformt wird, dass eine Eigenspannung in dem Faserverbund-Bauteil erzeugt wird, die nach Montage des wenigstens einen übrigen Bauteils an das überverformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe eine Rückverformung in die gewünschte End-Bauteilgeometrie bewirkt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite component is deformed beyond a desired end component geometry such that an internal stress is generated in the fiber composite component, which after assembly of the at least one remaining component to the over-molded fiber composite Component for producing the assembly causes a reversion to the desired end component geometry. Montagesystem (1) zur Montage von Bauteilen zu einer Baugruppe, wobei wenigstens ein Bauteil ein Faserverbund-Bauteil (5) aus einem Faserverbundwerkstoff ist, wobei das Faserverbund-Bauteil (5) bereits vollständig ausgehärtet ist, mit – einer Messvorrichtung (2), die zum Erfassen der Ist-Bauteilgeometrie des wenigstens einen Faserverbund-Bauteils (5) ausgebildet ist, – einer Verformungsvorrichtung (3), die zum Verformen des Faserverbund-Bauteils (5) durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf das Faserverbund-Bauteil ausgebildet ist, und – einer Steuervorrichtung (6), die mittels einer Auswerteeinheit (7) zum Vergleichen der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit einer vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie eingerichtet ist und die zum Ansteuern der Verformungsvorrichtung (3) zum Verformen des Faserverbund-Bauteils in Abhängigkeit von dem Vergleich der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit der vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie ausgebildet ist, um so anhand der durch den Vergleich zwischen Ist-Bauteilgeometrie und Soll-Bauteilgeometrie ermittelten Differenz die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie anzunähern oder die vorgegebene Soll-Bauteilgeometrie innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen exakt einzustellen.Mounting system ( 1 ) for mounting components to an assembly, wherein at least one component is a fiber composite component ( 5 ) is made of a fiber composite material, wherein the fiber composite component ( 5 ) is already fully cured, with - a measuring device ( 2 ), for detecting the actual component geometry of the at least one fiber composite component ( 5 ), - a deformation device ( 3 ) used to deform the fiber composite component ( 5 ) is formed by applying an external force to the fiber composite component, and - a control device ( 6 ), which by means of an evaluation unit ( 7 ) is set up for comparing the detected actual component geometry with a predetermined target component geometry and for controlling the deformation device ( 3 ) is formed for deforming the fiber composite component in dependence on the comparison of the detected actual component geometry with the predetermined target component geometry, so as to approximate the predetermined target component geometry based on the determined by the comparison between the actual component geometry and target component geometry difference to precisely set the specified target component geometry within specified tolerance limits. Montagesystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (6) eingerichtet ist, das Erfassen der Ist-Bauteilgeometrie durch die Messvorrichtung (2), das Vergleichen der erfassten Ist-Bauteilgeometrie mit der vorgegebenen Soll-Bauteilgeometrie durch die Auswerteeinheit (7) und das Ansteuern der Verformungsvorrichtung (3) zum Verformen des Faserverbund-Bauteils in Abhängigkeit von dem Vergleich wiederholend durchzuführen, wobei bei jeder Wiederholung durch die Verformung des Faserverbund-Bauteils die Ist-Bauteilgeometrie an eine Soll-Bauteilgeometrie angenähert wird, bis die erfasste Ist-Bauteilgeometrie innerhalb einer Toleranzgrenze bezüglich der Soll-Bauteilgeometrie entspricht.Mounting system ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the control device ( 6 ), the detection of the actual component geometry by the measuring device ( 2 ), comparing the detected actual component geometry with the predetermined target component geometry by the evaluation unit ( 7 ) and the driving of the deformation device ( 3 ) to deform the fiber composite component in response to the comparison repeated, wherein at each repetition by the deformation of the fiber composite component, the actual component geometry is approximated to a desired component geometry until the detected actual component geometry within a tolerance limit with respect to the target Component geometry corresponds. Montagesystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsvorrichtung eine Mehrzahl von Aktuatoren (4) aufweist, die zur Aufnahme des Faserverbund-Bauteils und zur Verformung des aufgenommenen Faserverbund-Bauteils durch eine Längenänderung der jeweiligen Aktuatoren ausgebildet sind.Mounting system ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the deformation device comprises a plurality of actuators ( 4 ), which are formed by a change in length of the respective actuators for receiving the fiber composite component and for deformation of the recorded fiber composite component. Montagesystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das Faserverbund-Bauteil über eine gewünschte End-Bauteilgeometrie hinaus derart zu verformen, dass eine Eigenspannung in dem Faserverbund-Bauteil erzeugt wird, die nach Montage des wenigstens einen übrigen Bauteils an das überverformte Faserverbund-Bauteil zur Herstellung der Baugruppe eine Rückverformung in die gewünschte End-Bauteilgeometrie bewirkt.Mounting system ( 1 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the control device is adapted to deform the fiber composite component beyond a desired end component geometry such that an internal stress is generated in the fiber composite component, which after assembly of the at least one rest of the component to the over-molded fiber composite component for the production of the assembly causes a re-deformation in the desired end component geometry.
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