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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einem Schottblech innenverstärkten Hohlprofils. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugkarosserie, welche wenigstens ein derart verstärktes Hohlprofil aufweist.
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Hohlprofile, wie bspw. Seitenwandsäulen und Schweller einer Fahrzeugkarosserie, können verstärkt werden, um dadurch bspw. die Crashsteifigkeit zu verbessern. Verstärkungselemente können außen und/oder innen angeordnet werden. Bei der inneren Anordnung erweist sich mitunter die erforderliche Zugänglichkeit als schwierig.
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Die
DE 198 58 903 A1 beschreibt ein Verstärkungselement für einen Hohlkörper, insbesondere für einen Fahrzeugkarosserieholm, und ein Verfahren zum Einbringen eines solchen Verstärkungselements in einen Hohlkörper. Das Verstärkungselement ist bspw. als Rohr mit im Inneren angeordneten Verstärkungsblechen ausgebildet und über seinen Umfang mit einer aufschäumbaren Masse umkleidet. Dieses Verstärkungselement wird in die eine Halbschale des Holms eingelegt. Anschließend wird der Holm durch die andere Halbschale geschlossen. Die Aufschäumung und Aushärtung erfolgen dann in einem Ofen, wobei der Hohlraum zwischen Rohr und Holm ausgefüllt wird.
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Die
DE 10 2010 060 702 A1 beschreibt eine A-Säule für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Innen- und Außenblech, welche ein geschlossenes Hohlprofil bilden, in dem wenigstens ein Verstärkungselement angeordnet ist. Das Verstärkungselement besteht aus wenigstens einem Schottblech, das in einer Querebene angeordnet und rundherum anliegend mit dem Innen- und Außenblech verbunden ist. Das Schottblech ist an abgestellten Flanschen mittels Schweißpunkten und Klebung mit dem Innen- und Außenblech gefügt. Ein Herstellverfahren ist nicht beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein effektives Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einem Schottblech innenverstärkten Hohlprofils anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Kraftfahrzeugkarosserie, die wenigstens ein erfindungsgemäß verstärktes Hohlprofil aufweist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einem Schottblech innenverstärkten Hohlprofils umfasst die folgenden, bevorzugt in dieser Reihenfolge ausgeführten Schritte:
- - Bereitstellen eines Hohlprofils, das wenigstens ein offenes Ende aufweist, d. h. an wenigstens einer Stirnseite offen ist;
- - Bereitstellen eines mit abgestellten Fügeflanschen ausgebildeten Schottblechs, wobei die Fügeflansche außenseitig bereits mit einem Klebstoff versehen sein können;
- - Ergreifen des Schottblechs mithilfe einer Greifvorrichtung, wobei insbesondere eine lösbare Verbindung zwischen der Greifvorrichtung und dem Schottblech entsteht, und wobei die abgestellten Fügeflansche (gleich beim Ergreifen oder erst später) von der Greifvorrichtung elastisch nach innen gebogen werden (die Greifvorrichtung ist entsprechend ausgebildet);
- - Aufbringen eines Klebstoffs auf die Außenseiten der Fügeflansche des Schottblechs, falls diese nicht bereits mit einem Klebstoff versehen sind;
- - Einführen bzw. Einfahren der Greifvorrichtung in das offene Ende des Hohlprofils und Positionierung des Schottblechs im Inneren des Hohlprofils (an der gewünschten Stelle), wozu die Greifvorrichtung zusammen mit dem gegriffenen Schottblech in Längsrichtung und dabei im Wesentlichen berührungsfrei durch das Hohlprofil bewegt werden kann;
- - Absetzen des Schottblechs, wozu die Fügeflansche freigegeben bzw. losgelassen werden und elastisch zurückfedern und sich an die Innenwandung des Hohlprofils anlegen, so dass eine Klebeverbindung entsteht bzw. ausgebildet wird;
- - gegebenenfalls Ausführen bzw. Herausfahren der Greifvorrichtung aus dem Hohlprofil.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist automatisierbar und insbesondere vollautomatisierbar. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere Schritte, Zwischenschritte und/oder Teilschritte aufweisen, von denen nachfolgend einige erläutert werden.
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Die Erfindung hat viele Vorteile. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache, kostengünstige und qualitativ hochwertige Herstellung mittels Schottblechen innenverstärkter Hohlprofile. Das zu verstärkende Hohlprofil kann nahezu jede Querschnittsform (bspw. rechteckig, dreieckig, polygonal, rund etc.) aufweisen. Zwischen Hohlprofil und Schottblech ist nahezu jede Materialkombination möglich. Sowohl das Hohlprofil als auch das Schottblech können aus nichtmetallischen Werkstoffen, bspw. aus einem Faserkunststoffverbund (FKV), gebildet sein. Das Hohlprofil kann bereits komplett zusammengebaut oder kann auch einstückig ausgebildet sein, was einerseits dessen Herstellung vereinfacht und die Stabilität verbessert und andererseits Fertigungsflexibilität schafft. Das Einfügen des Schottblechs erfolgt ohne jegliche Schwächung (etwa durch Einbringen von Aussparungen oder Anschlägen sowie durch Schweißvorgänge) des Hohlprofils. Bei gegebener Zugänglichkeit kann das zu verstärkende Hohlprofil auch bereits verbaut und z. B. schon in eine aufzubauende Karosseriestruktur eingebunden sein. Ferner ergeben sich Einsparungen von Zeit und Platz in der Produktion sowie eine hohe Prozesssicherheit, da auch größere Toleranzabweichungen ausgeglichen werden können. (Dies ist keine abschließende Aufzählung.)
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Die Schritte des Verfahrens können wiederholt werden, um in das selbe Hohlprofil weitere Schottbleche einzusetzen, die in Längsrichtung des Hohlprofils zueinander beabstandet angeordnet bzw. eingefügt werden.
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Bevorzugt sind die Fügeflansche des bereitgestellten Schottblechs jeweils in einem Winkel > 90° abgestellt bzw. abgewinkelt, wobei sich dieser Winkel bzw. Flächenwinkel auf die Grundfläche bzw. Bodenfläche des Schottblechs bezieht (Innenwinkel). Beim Ergreifen bzw. Aufgreifen des Schottblechs durch die Greifvorrichtung oder gegebenenfalls auch erst danach werden die Fügeflansche nach innen, d. h. in Richtung auf die Bodenfläche, gebogen, wobei die Winkel auf einen Wert < 90° verkleinert werden.
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Als Klebstoff kann anstatt der üblichen pastösen Klebstoffe auch ein Folienklebstoff (Folienkleber) verwendet werden. Dadurch kann das Verspritzen des Klebstoffs verhindert werden, insbesondere dann, wenn die Fügeflansche beim Zurückfedern mit großer Wucht bzw. hoher Dynamik an die Innenwandung des Hohlprofils anschlagen. Es kann vorgesehen sein, dass der Klebstoff nicht sofort verfestigt, sondern erst später, z. B. im Zuge einer Wärmebehandlung (bspw. beim kathodischen Tauchlackieren). Bis dahin wird das Schottblech durch die Federwirkung der Fügeflansche und gegebenenfalls eine verminderte Klebwirkung des Klebstoffs im Hohlprofil festgehalten, gegebenenfalls auch durch Formschluss.
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Die Greifvorrichtung kann mittels eines Roboters oder dergleichen bewegt werden. Ein solcher Roboter ist insbesondere ein Mehrachsroboter, an dessen Arm die Greifvorrichtung befestigt ist. Mithilfe des Roboters (Zuführroboter) und der Greifvorrichtung kann das Schottblech gegriffen, zugeführt und abgesetzt werden, was zur Einsparung von Fertigungszeit und Platzbedarf beiträgt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Absetzen des Schottblechs zuerst dessen Fügeflansche freigegeben werden, die hieraufhin zurückfedern und sich an die Innenwandung des Hohlprofils anlegen, und dass erst dann die Verbindung zwischen der Greifvorrichtung und dem Schottblech gelöst wird. Dadurch kann das Verrutschen des Schottblechs beim Absetzen verhindert werden. Um dies zu bewerkstelligen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Greifvorrichtung Verbindungsmittel (wie bspw. Magnete, auch Elektromagnete, Saugnäpfe, Rastelemente etc.) für die lösbare bzw. temporäre Verbindung mit dem Schottblech und hiervon unabhängige Biegemittel für das elastische Verbiegen der Fügeflansche des Schottblechs aufweist.
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Vor oder beim Lösen der Verbindung zwischen der Greifvorrichtung und dem Schottblech kann geprüft werden, ob das Schottblech fehlerfrei abgesetzt ist. Das Lösen der Verbindung zwischen Greifvorrichtung und Schottblech erfolgt insbesondere durch Abziehen der Greifvorrichtung (in Längsrichtung des Hohlprofils) von dem nun im Inneren des Hohlprofils festgehaltenen Schottblech. Hierbei kann die Abzugs- bzw. Lösekraft gemessen werden, die ein Maß dafür sein kann, ob das Schottblech richtig abgesetzt wurde. Vor dem Lösen der Verbindung kann das abgesetzte Schottblech auch mit einer Prüfkraft beaufschlagt werden, insbesondere derart, dass die Greifvorrichtung eine in Längsrichtung des Hohlprofils wirkende definierte Zug- oder Druckkraft ausübt. Wird hierbei eine Wegänderung registriert, so ist die Fügeverbindung nicht in Ordnung bzw. fehlerhaft.
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Ferner kann das Absetzen des Schottblechs akustisch überwacht werden. Wie bereits erläutert, können die Fügeflansche beim Zurückfedern mit großer Wucht an die Innenwandung des Hohlprofils anklatschen. Anhand der dabei entstehenden Geräusche können durch Auswertung (z. B. Fourieranalyse) Rückschlüsse gezogen werden, ob das Schottblech richtig abgesetzt wurde. Die Geräusche können z. B. mittels Mikrofon erfasst werden, welches an der Greifvorrichtung angeordnet sein kann.
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Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Kraftfahrzeugkarosserie weist wenigstens ein innenverstärktes Hohlprofil auf, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Das Hohlprofil zeichnet sich insbesondere durch eine einstückige Ausbildung und wenigstens ein im Inneren mittels Klebeverbindung eingefügtes Schottblech aus. Ein solches innenverstärktes Hohlprofil ist bspw. eine Seitenwandsäule (A-, B-, C- oder D-Säule), ein Dachholm oder ein Seitenschweller. Das Hohlprofil kann zuerst verstärkt und dann in die Karosseriestruktur eingebaut oder direkt beim Zusammenbau bzw. Aufbau der Karosseriestruktur verstärkt werden. Die Erfindung kann somit auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie betreffen, wobei das wenigstens eine zu verstärkende Hohlprofil bereits in die aufzubauende Karosseriestruktur eingebaut bzw. eingebunden sein kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt ein Schottblech.
- 2 veranschaulicht schematisch das Einfügen des Schottblechs aus 1 in ein Hohlprofil.
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Das in 1 in einer Seitenansicht gezeigte einstückige Schottblech 200 ist vorgeformt und weist einen Boden 210 und vom Boden 210 abgestellte Fügeflansche 220 auf. Bevorzugt sind wenigstens zwei Fügeflansche 220 vorgesehen. Der Boden 210 ist im Wesentlichen eben ausgebildet, kann aber bspw. auch durch eingeformte Sicken oder dergleichen verstärkt sein. Ferner kann der Boden 210 Löcher aufweisen, wobei auch das gesamte Schottblech 200 aus einem Lochblech gebildet sein kann. Die Winkel a zwischen den Fügeflanschen 220 und der Bodenfläche 210 sind > 90° (bspw. 100° bis 105°). Das Schottblech 200 dient als Verstärkungselement und wird hierzu in ein Hohlprofil 100 eingesetzt, wie nachfolgend erläutert.
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2 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Hohlprofil 100, das bspw. einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Querschnittsabmessungen betragen bspw. 100 mm bis 200 mm. Im Inneren des Hohlprofils 100 ist bereits ein Schottblech 200 eingefügt (unteres Schottblech 200). Mithilfe der Greifvorrichtung 300 wird nun in Profillängsrichtung L mit axialem Abstand ein weiteres Schottblech 200 eingefügt.
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Hierzu wird das in 1 gezeigte Schottblech 200 von der Greifvorrichtung 300 gegriffen, wobei die außenseitig bzw. an ihren Außenseiten (d. h. an den späteren Fügeseiten) bereits mit einem Klebstoff 230 versehenen Fügeflansche 220 von den Spannarmen 330 (Biegemittel) elastisch nach innen (d. h. in Richtung der Fügeflanschinnenseiten) gebogen bzw. ausgelenkt werden. Prinzipiell können hierbei auch plastische Verformungsanteile auftreten. Die Winkel a sind nun < 90°.
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Die Greifvorrichtung 300 weist ferner Magnete oder Saugnäpfe 320 (Verbindungsmittel) auf, die eine lösbare Verbindung mit dem Schottblech 200 herstellen. (Die Verbindungsmittel 320 können auch die Herstellung eines Kräftegleichgewichts am elastisch deformierten Schottblech 200 bewirken.) Die elastische Deformation der Fügeflansche 220 muss nicht zwingend während des Greifvorgangs bzw. beim Ergreifen des Schottblechs 200 erfolgen, sondern kann prinzipiell auch erst später stattfinden, nachdem das Schottblech 200 mithilfe der Verbindungsmittel 320 aufgenommen, insbesondere von einem Stapel abgehoben wurde. Die Klemmgreifer 335 an den Spann- bzw. Greifarmen 330 können dann gegebenenfalls die Fügeflansche 220 einfacher erfassen bzw. hintergreifen.
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Falls die Fügeflansche 220 noch nicht mit Klebstoff 230 versehen sind, kann jetzt noch der Klebstoff 230 aufgetragen werden, bspw. derart, dass die Greifvorrichtung 300 das gegriffene Schottblech 200 in geeigneter Weise an einer feststehenden Klebstoffdüse oder dergleichen vorbeiführt.
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Die Greifvorrichtung 300 wird nun zusammen mit dem gegriffenen Schottblech 200 in das Hohlprofil 100 eingeführt bzw. zugeführt und axial positioniert. Die Einführ- bzw. Einsetztiefe kann bspw. wenigstens 50 mm, bevorzugt wenigstens 100 mm, besonders bevorzugt wenigstens 200 mm und insbesondere wenigstens 300 mm betragen. Ein Anschlag im Inneren des Hohlprofils 100 ist nicht erforderlich, kann gleichwohl jedoch vorgesehen sein. Prinzipiell ist sogar eine hinterschnittige Anordnung des Schottblechs 200 möglich.
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Nachdem die axiale Position erreicht ist kann das Schottblech 200 abgesetzt werden, wozu die Spannarme 330 die Fügeflansche 220 freigegeben, die dann elastisch zurückfedern und sich an die Innenwandung 110 des Hohlprofils 100 anlegen. Zwischen dem Schottblech 200 bzw. dessen Fügeflanschen 220 und dem Hohlprofil 100 bzw. dessen Innenwandung 110 entsteht eine kraftschlüssige Verbindung (Klemmverbindung). Diese kraftschlüssige Verbindung kann auch einen formschlüssigen Anteil aufweisen, bspw. derart, dass die Fügeflansche 220 in dafür eingeformte Sicken oder dergleichen des Hohlprofils 100 hineinfedern. Ferner bildet sich zwischen den Außenseiten bzw. -flächen der Fügeflansche 220 und der Innenwandung 110 des Hohlprofils 100 eine Klebeverbindung K aus. Bei entsprechender Anordnung der Fügeflansche 220 um den Boden 210 herum kann eine im Wesentlichen vollumfängliche Klebeverbindung K zwischen dem Schottblech 200 und dem Hohlprofil 100 erzeugt werden.
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Das Schottblech 200 wird so eingefügt, dass sich der Boden 210 im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung L des Hohlprofils 100 erstreckt (siehe unteres Schottblech 200). Ein Schottblech kann bei entsprechender Ausgestaltung und Verfahrensausführung jedoch auch so eingefügt werden, dass sich dieses schief zur Längsrichtung L des Hohlprofils 100 erstreckt.
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Die Greifvorrichtung 300 wird nun in die entgegengesetzte Richtung zurückbewegt und aus dem Inneren des Hohlprofils 100 herausgeführt. Beim Zurückbewegen der Greifvorrichtung 300 löst sich die Verbindung an den Magneten bzw. Saugnäpfen 320. Vor oder beim Lösen der Verbindung kann geprüft werden, ob das Schottblech 200 ordnungsgemäß abgesetzt ist, wie oben beschrieben.
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Die Greifvorrichtung 300 ist möglichst leicht ausgebildet und an einem Roboterarm befestigt. Damit die Greifvorrichtung 300 in das Hohlprofil 100 eingeführt werden kann ist diese auch möglichst kompakt ausgebildet. 2 zeigt schematisch den möglichen Aufbau einer solchen Greifvorrichtung 300 ohne konstruktive Details. Die Greifvorrichtung 300 weist einen mit dem Roboterarm verbundenen Träger 310 auf, an dem die Spann- bzw. Deformationsarme 330 schwenkbar befestigt sind. Die Spannarme 330 sind über gelenkige Koppel- bzw. Hebelstangen 340 mit einem Antrieb 360, bspw. einem Elektromotor oder Stellzylinder, verbunden. Der Antrieb 360 kann auch roboterseitig, z. B. am Roboterarm, befestigt sein. Die Koppelstangen 340 sind an einem gemeinsamen Kraftangriffspunkt 350, an dem auch der Antrieb 360 angreift, gelenkig verbunden. Der Antrieb 360 kann schnell und prozesssicher eine Antriebs- bzw. Stellbewegung erzeugen. Die Komponenten der Greifvorrichtung 300 bilden ein robustes Koppelgetriebe mit mechanischer Übersetzung.
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Wird das Gelenk 350 vom Antrieb 360 in axialer Richtung L gemäß Darstellung nach unten bewegt, bewegen sich die Greifer 335 an den Spannarmen 330 nach innen und biegen die Fügeflansche 220 eines aufgegriffenen Schottblechs 220 einwärts. Wird das Gelenk 350 dann in die entgegengesetzte Richtung, d. h. gemäß Darstellung nach oben, bewegt, bspw. mithilfe des Antriebs 360 oder mithilfe einer gespannten Feder, werden die Greifer 335 an den Spannarmen 330 nach außen bewegt (ohne die Innenwandung 110 des Hohlprofils 100 zu berühren), wodurch die Fügeflansche 220 des Schottblechs 200 mehr oder weniger abrupt freigegeben werden und nach außen zurückfedern. Das Freigeben der Fügeflansche 220 kann aber auch anders erfolgen, indem das Gelenk 350 in die selbe Richtung (nach unten) weiterbewegt wird, wobei die Fügeflansche 220 überspannt werden und schließlich an den Greifern 335 vorbeigleiten und nach außen schnalzen (hinsichtlich der beengten Platzverhältnisse im Inneren des Hohlprofils 100 kann dies vorteilig sein, um eine Kollision zwischen der Greifvorrichtung 300 und der Innenwandung 110 des Hohlprofils 100 zu vermeiden). Währenddessen ist das Schottblech 200 mithilfe der Verbindungsmittel 320 an der Greifvorrichtung 300 gehaltert.
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Eine Greifvorrichtung mit den gezeigten und/oder beschriebenen Merkmalen kann unabhängig vom erfindungsgemäßen Verfahren eine eigenständige Erfindung darstellen, für die gegebenenfalls gesondert Schutz beansprucht wird.
