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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für vorgefügte Rohkarossen von Fahrzeugen, insbesondere für Rohkarossen von Personenkraftwagen bzw. Kleintransportern. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung auch für das Spannen an nicht vollständigen Rohkarossen oder Teilen, die nachfolgend zu einer Rohkarosse montiert und/oder gefügt werden, genutzt werden.
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Eine mittels Klebverbindung und wenigen formschlüssigen Verbindungen vorgefügte in diesem Zustand noch sehr fragile Rohkarosse wird dabei üblicherweise in Fahrzeuglängsrichtung in eine Anlage transportiert. Im Anschluss daran werden zur exakten Positionierung der einzelnen Unterbaugruppen relativ zueinander, um die jeweilige Rohkarosse herum angeordnete Spannvorrichtungen, die man auch als Spannrahmen bezeichnet, angeordnet. Dadurch werden auch Spann- und Zentrierelemente an die jeweilige Rohkarosse und in Bezug zu ihr positioniert. Durch die Anordnung der Spannvorrichtungen an den Seiten einer Rohkarosse wird ein Großteil der jeweiligen Rohkarosse verdeckt und es ist die Zugänglichkeit zumindest behindert. Um trotzdem alle erforderlichen Fügepositionen mit in der Regel durch Roboter geführten Fügewerkzeugen erreichen zu können, werden Spannvorrichtungen auch als fachwerkähnlicher Rahmen ausgeführt. Die Rahmen sind für einen einzigen Karosserietyp ausgelegt. Es können auch aus mehreren einzelnen Segmenten bestehende Rahmen eingesetzt werden. Dabei können einzelne Segmente ausgetauscht und dadurch eine Anpassung an einen anderen Karosserietyp erreicht werden.
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Mit steigender Individualisierung ergibt sich aber ein erhöhter Herstellungsaufwand, da auf einer Fertigungsanlage unterschiedliche Karosserietypen und -modelle bearbeitet werden müssen.
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Der Bereich der Fertigung von Fahrzeugen, in dem Rohkarossen vor dem letztendlichen Fügen durch Spannen exakt positioniert werden, sowie die nachfolgenden Fügearbeitsschritte weist einen sehr hohen Automatisierungsgrad auf. Es sind bisher eine Vielzahl an typen- bzw. modelltypischen Spannvorrichtungen erforderlich, die bei einem Wechsel eines Karosserietyps- oder -modells ausgetauscht werden müssen. Dafür ist ein erhöhter Zeitaufwand und Raumbedarf erforderlich. Die erforderlichen Spannvorrichtungen weisen ein entsprechend großes Volumen und eine relativ große Masse auf, da sie die beim Spannen erforderlichen Kräfte und Momente kompensieren müssen. Es ist also erforderlich in der Nähe einer Spannstation eine entsprechende Lagerung von Spannvorrichtungen einzurichten. Auch wenn der Austausch einer Spannvorrichtung oder von Segmenten automatisiert erfolgt, liegen die dafür erforderlichen Wechselzeiten im Minutenbereich, was die Produktivität nachteilig beeinflusst.
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Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere unterschiedlich ausgebildete und konfigurierte Spannvorrichtungen an jeweils einer eigenen Bearbeitungsstation zu installieren. Dies erfordert aber ebenfalls Bauraum. Außerdem müssen die jeweiligen vorfixierten Rohkarossen der entsprechenden Spannvorrichtung zugeführt werden, was einen erhöhten logistischen Aufwand darstellt und insbesondere bei einer getakteten Fertigung von Fahrzeugen nachteilig ist.
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Beim Stand der Technik sind wegen der aufwändigen Anlagenstruktur hohe Investitionskosten nachteilig. Außerdem ist bei einem Austausch einer Spannvorrichtung wegen der relativ hohen Eigenmasse der Spannvorrichtungen ein erhöhter Energiebedarf erforderlich, da große Beschleunigungen wirken, wenn ein Austausch in möglichst kleiner Zeit erfolgen soll. Ein weiterer Nachteil besteht in der geringen Flexibilität, da die Anzahl der sinnvoll nutzbaren unterschiedlichen Spannvorrichtungen begrenzt ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Flexibilität beim Spannen von vorgefügten Rohkarossen zu erhöhen, dabei die erforderlichen Investitionskosten wenn überhaupt nur geringfügig zu erhöhen und die erforderliche Taktzeit so gering wie möglich zu halten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Spannvorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sind mehrere senkrecht zur Längsachse einer Rohkarosse ausgerichtete Traversen an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Rohkarosse in einer Reihenanordnung an mindestens einer Längsführung so befestigt, dass sie entlang der Längsführung in Abhängigkeit einer jeweiligen zu spannenden Rohkarosse mit entsprechenden Abständen der einzelnen Traversen durch translatorische Bewegung entlang der Längsführung(en) zueinander positionierbar sind. An den Traversehen sind Aufnahmen und/oder Halteelemente für in mehreren Freiheitsgraden manipulierbare Verstellelemente vorhanden, an denen wiederum Spann- oder Zentrierelemente vorhanden sind.
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Mit der translatorischen Bewegung mindestens einer der Traversen kann der Abstand zu mindestens einer daneben angeordneten Traverse verändert werden, wodurch die Traversen so bewegt und positioniert werden können, dass eine Spannung durch geeignete Bewegung von Spannelementen, die an Verstellelementen befestigt sind, und von Zentrierelementen (Zentrierstifte), die ebenfalls an Verstellementen befestigt sind, möglich wird. Es kann so auch ein Verspannen der Rohkarosse mit entsprechender Positionierung, die für nachfolgend durchzuführende Fügungen erreicht werden. Die Verstellelemente mit den daran vorhandenen Spannelementen und Zentrierelementen können dann sicher und ohne größere Behinderungen bewegt werden, so dass auch kurze Verstellwege, die von Verstellelementen zurück gelegt werden müssen, eingehalten werden können, was sich auf die Arbeitsproduktivität positiv auswirkt.
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Als Verstellelemente können insbesondere Roboter eingesetzt werden, die an den Traversen in jeweils verschiedenen Ebenen und an verschiedenen Positionen befestigt werden können.
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Die Traversen können vorteilhaft zumindest im Seitenbereich einer Rohkarosse in Richtung der Rohkarosse konkav gebogen, U-förmig in Form eines in Richtung Rohkarosse offenen Us oder L-Förmig ausgebildet sein, wobei ein vertikal oben angeordneter Schenkel einer L-förmig ausgebildeten Traverse in Richtung zur Rohkarosse ausgerichtet sein sollte.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Traversen zumindest im Seitenbereich einer Rohkarosse in Richtung der Rohkarosse konkav gebogen, in U-förmig in Form eines in Richtung Rohkarosse offenen Us oder L-förmig ausgebildet sind, wobei ein vertikal oben angeordneter Schenkel einer L-förmig ausgebildeten Traverse in Richtung zur Rohkarosse ausgerichtet ist. Dadurch kann die Rohkarosse zumindest zu einem Teil auch im Dachbereich von Traversen umgriffen werden. Dort können ebenfalls Verstellelemente an einer Traverse befestigt sein, so dass auch dieser Raum für eine Spannung und eine exakte Positionierung einer Rohkarosse genutzt werden kann.
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Traversen können dabei einteilig sein, so dass dann die gebogene, U- bzw. L-förmige Ausbildung an einer Traverse ausgebildet ist, die an einer Seiter der Rohkarosse und eine zweite Traverse an der gegenüberliegenden Seite der Rohkarosse angeordnet ist. Wird eine geeignete translatorische Bewegung an zwei an gegenüberliegend angeordneten Seiten angeordneten Traversen entlang einer Längsführung durchgeführt, können diese beiden Traversen versetzt zueinander an gegenüberliegenden Seiten einer Rohkarosse positioniert werden.
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Es können aber auch einteilige Traversen eingesetzt werden, wie dies beispielsweise bei einer teilkreisförmig ausgebildeten Traverse der Fall ist, bei der der Kreis lediglich im Bereich, der in Richtung Boden auf dem die Spannvorrichtung angeordnet ist, offen ist.
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Vorteilhaft sollten mehrere Traversen in einer Reihenanordnung in Längsachsrichtung einer zu spannenden Rohkarosse angeordnet sein, deren Abstände zueinander so gewählt werden, dass eine ungestörte zumindest nahezu ungestörte Bewegung von Verstellelementen beim Spannen und auch eine ungestörtes zumindest nahezu ungestörte Zugänglichkeit beim letztendlichen Fügen der Rohkarosse nach dem Spannen und Zentrieren erreicht werden kann. Dabei sollten je nach Länge einer Rohkarosse die Anzahl an Traversen in der Reihenanordnung gewählt werden. Es sollten jedoch mindestens vier Traversen eine Reihenanordnung bilden.
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Längsführungen können bevorzugt am oder vertikal unten in Richtung Boden auf dem die Spannvorrichtung angeordnet ist, angeordnet sein. Vorteilhaft kann aber auch mindestens eine Längsführung vertikal oberhalb des Daches einer Rohkarosse, bevorzugt in deren mittlerer Längsachse angeordnet sein. Letztgenanntes ist besonders vorteilhaft, wenn an gegenüberliegenden Seiten Traversen angeordnet sind, die die Rohkarosse nicht einteilig über deren Dach umgreifen. An am Boden oder in Richtung Boden angeordneten Längsführungen können sich vertikal nach unten weisende Stirnflächen der Traversen abstützen. Eine vertikal oberhalb des Daches einer Rohkarosse angeordnete Längsführung kann zur Versteifung der Spanvorrichtung mit genutzt werden.
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Zur translatorischen Bewegung von Traversen sollten Antriebe vorhanden sein, die von einer elektronischen Steuerung angesteuert werden. Diese elektronische Steuerung kann zusätzlich auch für die Beeinflussung von Bewegung von Verstellelementen genutzt werden. Antriebe können vorteilhaft als Linear- oder Spindelantriebe ausgebildet und Bestandteil mindestens einer Längsführung für die Traversen sein.
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Die Stabilität und Steifigkeit der Spannvorrichtung kann dadurch erhöht werden, dass mindestens eine Traverse starr befestigt ist. Dies sollte bevorzugt eine an einem Stirnende der Spannvorrichtung angeordnete Traverse sein, an der eine Öffnung, zum Transportieren einer Rohkarosse in die Spannvorrichtung hinein oder aus der Spannvorrichtung heraus, vorhanden ist. Besonders vorteilhaft sind starr befestigte Traversen an beiden Stirnseiten der Spannvorrichtung vorhanden.
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Aufnahmen für Verstellelemente können als Durchbrechungen in oder Aussparungen können an Traversen ausgebildet sein. Dabei ist es vorteilhaft wenn Durchbrechungen oder Aussparungen zumindest bereichsweise konisch ausgebildet sind. Verstellelemente, die ein komplementär mit Konus ausgebildetes Gehäuse aufweisen, können dann sicher fixiert und positioniert werden. Es sind dann nur geringe Kräfte für eine Fixierung eines so positionierten Verstellelementes erforderlich. Diese Kräfte können mit einer einfachen Schraub- oder Klemmverbindung aufgebracht werden.
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Verstellelemente können an einer Traverse aber auch so befestigt sein, dass eine Bewegung entlang der Traverse möglich ist. Dadurch kann ein einfacheres Verstellelement eingesetzt werden, da mit der Bewegung an einer Traverse bereits ein Freiheitsgrad berücksichtigt ist. Verstellelemente können dabei bevorzugt in vertikaler Richtung bewegt und so in unterschiedlichen horizontalen Ebenen positioniert werden. Dazu kann an einer Traverse mindestens eine Führung vorhanden sein, in der ein zusätzliches Halteelement oder ein entsprechend ausgebildeter Teil eines Gehäuses eines Verstellelementes gehalten und geführt werden kann. Ist die gewünschte Position eines Verstellelementes erreicht, kann das Verstellelement mit einem Fixierelement fest gehalten werden. Auch für eine solche Fixierung kann man eine Schraub- oder Klemmverbindung nutzen.
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An einer Spannvorrichtung oder der elektronischen Steuerung dazu kann auch ein Detektor vorhanden sein, mit dem eine berührungslose Identifikation einer nachfolgend zu spannenden Rohkarosse möglich ist. Dies kann beispielsweise ein optischer Detektor sein, mit dem eine an der Rohkarosse vorhandene Identifikationsmarke (z.B. Bar- oder QR-Code) erkannt oder eine Kamera mit Bilderkennung sein. Mit der Bildererkennung kann eine Identifizierung ebenfalls erreicht werden.
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Eine Identifikation kann aber auch durch Nutzung von RFID-Technik erreicht werden.
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Nach der Identifikation kann die Spannvorrichtung durch gesteuerte translatorische Bewegung mindestens einer Traverse an die jeweils zu spannende Rohkarosse angepasst werden, so dass eine zumindest nahezu ungehinderte Spannung und ein solches Fügen an allen erforderlichen Positionen an der Rohkarosse erreichbar ist. Somit kann die Anpassung der Spannvorrichtung automatisiert erreicht werden.
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Mit der Erfindung kann die erforderliche Spann- und Zentriertechnik so angeordnet werden, dass die Verstellelemente trotz begrenzter Arbeitsräume, ohne zusätzliche Anbauten an die jeweilige Form einer Rohkarosse angepasst angeordnet werden können, was allein durch translatorische Bewegung mindestens einer Traverse erreichbar ist.
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Es können nahezu beliebig geometrisch gestaltete Rohkarossen oder Teile davon problemlos gespannt und für das nachfolgend durchzuführende Fügen vorbereitet werden. Dabei kann eine sehr genaue Positionierung der Rohkarosse und der zu fügenden Teile dieser Rohkarosse erreicht werden, ohne dass ein Austausch einer Spannvorrichtung oder Segmenten einer Spannvorrichtung erforderlich ist.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Ansicht von hinten auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung und
- 3 eine Seitenansicht, des in 2 gezeigten Beispiels.
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In 1 ist eine Ansicht von hinten auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gezeigt, bei dem konkav in Richtung einer in der Spannvorrichtung positionierten Rohkarosse 1 ausgebildete Traversen 2 an einer vertikal oberhalb des Daches der Rohkarosse 1 angeordneten Längsführung 5 und an zwei Seiten der Rohkarosse 1 am Boden, auf dem die Spannvorrichtung angeordnet ist, angeordneten Längsführungen 6 translatorisch bewegbar befestigt sind. Die Traversen 2 sind in Form von Kreisringsegmenten ausgebildet. An ihnen sind Verstellelemente 3 an denen jeweils mindestens ein Spannelement für die Rohkarosse 1 und Verstellelemente 4 an denen jeweils mindestens ein Zentrierelement befestigt ist, in entsprechenden Aufnahmen fixiert. Diese Aufnahmen können so ausgebildet sein, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erläutert worden ist.
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Wie es aus den 2 und 3 auch ersichtlich ist, können Traversen 2, die an einer Stirnseite der Spannvorrichtung angeordnet sind, starr mit den Längsführungen 5 und 6 verbunden sein, so dass sie nicht translatorisch entlang der Längsachse der Rohkarosse 1 bewegt werden können. Dies erhöht die Stabilität. Bei dem gezeigten Beispiel ist dies die links angeordnete Traverse 2. Selbstverständlich kann auch die an der anderen Stirnseite, hier nicht gezeigte Traverse 2 starr befestigt sein und lediglich die dazwischen angeordneten Traversen 2 translatorisch bewegbar sind.
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In nicht dargestellter Form können Linearantriebe an mindestens einer der Längsführungen 5 und/oder 6 vorhanden oder darin integriert sein, mit denen die translatorische Bewegung von Traversen 2 erreicht werden kann. Durch solche Bewegungen der Traversen 2 kann eine Anpassung der Positionen von Verstellelementen 3 und 4 an die jeweilige Rohkarosse 1, was insbesondere deren Typ bzw. deren geometrische Gestaltung betrifft, erreicht werden. Dadurch kann die Zugänglichkeit für Spann- und Zentrierelemente sowie hier ebenfalls nicht gezeigten Manipulatoren zum Fügen an der Rohkarosse 1 gesichert werden.
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Die Längsführungen 5 und 6 sollten so ausgebildet sein, dass ein Verkippen der Traversen um die vertikale Achse vermieden werden kann. Dazu können Mehrfachführungen an den Längsführungen 5 und 6 vorhanden sein, die jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sein. An den Traversen 2 sind dann komplementär ausgebildete Führungen vorhanden.
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Durch translatorische Bewegung mindestens einer der Traversen 2 kann der Abstand zu mindestens einer daneben angeordneten Traverse 2 verändert werden. Jede translatorisch bewegbare Traverse 2 sollte individuell, also unabhängig von anderen Traversen bewegt werden können. So können unterschiedlichste Variationen mit unterschiedlichen Abständen von nebeneinander angeordneten Traversen 2 erreicht werden.
