DE102019102872A1

DE102019102872A1 - Fügevorrichtung zum Fügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element sowie Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung

Info

Publication number: DE102019102872A1
Application number: DE102019102872.8A
Authority: DE
Inventors: Johann van NIEKERK
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung (1) zum Fügen eines Bauteils (2) mit wenigstens einem Element (3, 4), mit einer Positioniereinrichtung (5), welche wenigstens ein in einem additiven Herstellungsprozess gefertigtes Positionierwerkzeug (6) aufweist, mittels welchem das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) relativ zueinander positionierbar sind, und mit einer Verbindeeinrichtung (7), mittels welcher das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) miteinander zu fügen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Fügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung zum Fügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element.
Aus der DE 10 2014 006 771 A1 ist ein Umformwerkzeug zum Umformen, insbesondere Falzen, wenigstens eines Bauteils insbesondere für einen Kraftwagen bekannt. Das Umformwerkzeug umfasst wenigstens ein Formteil zum Umformen des Bauteils und wenigstens ein Grundteil, über welches das Umformwerkzeug an einem korrespondierenden Halteelement befestigbar ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass das Formteil mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist, wobei das generative Fertigungsverfahren Lasersintern ist.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2015 209 526 B3 ein Verfahren zum Verbinden einer Kugel mit einem Bauteil bekannt, bei welchem die Kugel in eine Durchgangsloch des Bauteils eingebracht wird, ein Presswerkzeug an die Kugel angesetzt wird und die Kugel durch Zusammenpressen des Presswerkzeugs plastisch verformt wird. Beim plastischen Verformen fließt auf beiden Seiten des Bauteils Material der Kugel, sodass das Material der Kugel einen Rand des Durchgangslochs des Bauteils zu beiden Seiten hin überkragt, wodurch sich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kugel und dem Bauteil ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügevorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung zu schaffen, welche ein besonders schnelles Fügen von einem Bauteil mit wenigstens einem Element ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fügevorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die vorteilhaften Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Fügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element. Die Fügevorrichtung umfasst eine Positioniereinrichtung, welche wenigstens ein in einem additiven Herstellungsprozess gefertigtes Positionierelement aufweist. Mittels des Positionierwerkzeugs sind das Bauteil und das wenigstens eine Element relativ zueinander positionierbar. Des Weiteren umfasst die Fügevorrichtung eine Verbindeeinrichtung, mittels welcher das Bauteil und das wenigstens eine Element miteinander zu fügen sind. Das im Rahmen des additiven Herstellungsprozesses gefertigte Positionierwerkzeug ist dahingehend vorteilhaft, dass es individuell an jeweilige Derivate des Bauteils anpassbar ist. Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeugbauteil. Aufgrund des additiven Herstellungsprozesses ist das Positionierwerkzeug besonders einfach, kostengünstig und schnell herstellbar. Der additive Herstellungsprozess ermöglicht darüber hinaus ein Einbringen von Positionierkomponenten der Positioniereinrichtung und/oder Fügekomponenten der Verbindeeinrichtung direkt in das Positionierwerkzeug, wodurch die Fügevorrichtung besonders kompakt ausgebildet ist. Insbesondere kann die Positioniereinrichtung derart gestaltet sein, dass jene die Positioniereinrichtung miteinander zu fügenden Bereiche des zu fügenden Bauteils freigegeben werden, sodass die Verbindeeinrichtung in den zu fügenden Bereichen des Bauteils mit dem Bauteil kontaktierbar ist. Es hat sich hierbei als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindeeinrichtung an der Positioniereinrichtung anliegend angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders sichere Positionierung des Bauteils und des Elements relativ zueinander bei gleichzeitiger Gewährleistung des Fügens des Bauteils mit dem Element mittels der Verbindeeinrichtung geschaffen werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiterhin vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindeeinrichtung in die Positioniereinrichtung integriert ist. Das bedeutet, dass die Verbindeeinrichtung umfangsseitig von der Positioniereinrichtung umschlossen ist. Folglich wird eine mit dem zu fügenden Bauteil in Kontakt zu bringende Kontaktstelle der Verbindeeinrichtung von der Positioniereinrichtung freigegeben, sodass bei einem Positionieren des zu fügenden Bauteils und des wenigstens einen Elements relativ zueinander mittels der Positioniereinrichtung die Kontaktstelle der Verbindeeinrichtung mit dem Bauteil und/oder dem wenigstens einen Element kontaktiert werden kann, um das Bauteil mit dem wenigstens einen Element zu fügen. Folglich sind mittels der Verbindeeinrichtung das Bauteil und das wenigstens eine Element besonders einfach relativ zueinander mittels der Positioniereinrichtung positionierbar und mittels der Verbindeeinrichtung an einer lokalen Fügestelle fügbar. Hierbei kann die Verbindeeinrichtung beispielsweise an einer für gewöhnlich im Fügeprozess schwer zugänglichen Stelle des Bauteils an der Positioniereinrichtung angeordnet sein. Somit sind mittels der Verbindeeinrichtung das zu fügende Bauteil und das wenigstens eine Element an einer schwer zugänglichen Stelle des Bauteils besonders einfach miteinander fügbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Positionierwerkzeug additiv gefertigt ist oder ein Abguss einer additiv gefertigten Form für das Positionierwerkzeug ist. Das bedeutet, dass das Positionierwerkzeug in einem additiven Fertigungsprozess schichtweise hergestellt ist. Hierbei kann das Positionierwerkzeug dreidimensional gedruckt worden sein. Das additive Fertigen des Positionierwerkzeugs ermöglicht, dass zu fügende Bereiche des Bauteils und/oder des wenigstens einen Elements freigehalten werden können, sofern das Bauteil und/oder das wenigstens eine Element mittels der Positioniereinrichtung positioniert sind, sodass bei der Positionierung der zu fügenden Bereiche mittels des additiv gefertigten Positionierwerkzeugs die zu fügenden Bereiche für die Verbindeeinrichtung besonders gut zugänglich sind. Alternativ zu der additiven Fertigung des Positionierwerkzeugs kann es sich bei dem Positionierwerkzeug um den Abguss handeln, welcher in der additiv gefertigten Form hergestellt worden ist. Das bedeutet, dass die Form als negativ des herzustellenden Positionierwerkzeugs additiv gefertigt worden ist. Anschließend ist ein Material, aus welchem das Positionierwerkzeug zu bilden ist, flüssig in die Form zu gießen und in der Form zu dem Positionierwerkzeug auszuhärten. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Beton handeln. Somit ist das Positionierwerkzeug besonders einfach und kostengünstig herstellbar, wobei eine jeweilige Geometrie des Positionierwerkzeugs in dem additiven Herstellungsprozess vorgegeben wird und somit individuell an das zu fügende Bauteil anpassbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung ein Zentriersystem umfasst, über welches das Bauteil über Magnetkraft von der Positioniereinrichtung aufnehmbar und relativ zu der Positioniereinrichtung positionierbar ist. Das bedeutet, dass das Kraftfahrzeugbauteil über magnetische Anziehungskraft von der Positioniereinrichtung über das Zentriersystem aufgenommen und über das Zentriersystem relativ zu der Positioniereinrichtung positioniert wird. Das Zentriersystem kann wenigstens einen Magneten aufweisen, welcher eine Außenkante der Positioniereinrichtung bildend angeordnet ist. Bei dem Magneten kann es sich um einen Dauermagneten oder um einen Elektromagneten handeln. Das insbesondere magnetische Zentriersystem ermöglicht ein besonders einfaches Aufnehmen des insbesondere zumindest bereichsweise metallisch ausgebildeten Bauteils. Beispielsweise weist der Magnet eine runde, insbesondere kugelsegmentartige Oberfläche auf, welche in eine Ausnehmung oder eine Öffnung des Bauteils einsteckbar ist. Über die runde Oberfläche wird das Bauteil relativ zu dem Magneten ausgerichtet, da die runde Oberfläche bei Kontakt mit der Ausnehmung oder der Öffnung des Bauteils das Bauteil über die Magnetkraft relativ zu dem Zentriersystem ausrichtet. Insbesondere wird das Bauteil über den Kontakt zwischen der Öffnung beziehungsweise der Ausnehmung und der runden Oberflächen des Magneten in eine vorgegebene Relativposition geleitet. Das magnetische Zentriersystem ermöglicht somit eine besonders einfache Zentrierung des Bauteils relativ zu der Positioniereinrichtung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Positioniereinrichtung eine Ablagefläche für das Bauteil aufweist, gegen welche zum Positionieren das Bauteil abstützbar ist. Das bedeutet, dass das Bauteil für dessen Positionierung auf der Ablagefläche ablegbar ist. Somit wird das Bauteil durch Auflegen auf der Ablagefläche zur Positioniereinrichtung und zu dem Element positioniert. Bei der Integration der Verbindeeinrichtung in die Positioniereinrichtung kann die Verbindeeinrichtung insbesondere in die Ablagefläche integriert sein. Somit kann das Bauteil mit seiner zu fügenden Fügestelle auf der Ablagefläche abgelegt sein und mittels der in die Ablagefläche integrierten Verbindeeinrichtung gefügt werden. Die Ablagefläche ermöglicht ein besonders einfaches Positionieren insbesondere von großen und/oder schweren Bauteilen. Hierbei ermöglicht die in die Ablagefläche integrierte Verbindeeinrichtung ein einfaches Fügen des Bauteils in einem für ein von der Positioniereinrichtung getrennten Verbindeeinrichtung schwer zugänglichen Bereich der Ablagefläche.
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn die Ablagefläche eine Oberfläche des zu fügenden Bauteils als Negativ abbildet. Das bedeutet, dass die Ablagefläche mit der Oberfläche des zu fügenden Bauteils korrespondiert. Folglich kann das Bauteil mit dessen Oberfläche flächig auf die Auflagefläche aufgelegt werden, wobei das Positionieren des die Oberfläche aufweisenden Bauteils anhand einer mit der Oberfläche in Eingriff bringbaren Oberflächenkontur der Ablagefläche erfolgt. Das Abbilden der Oberfläche des Bauteils durch die als Negativ ausgebildete Ablagefläche ermöglicht ein besonders präzises und einfaches Positionieren des Bauteils mittels der Positioniereinrichtung über die Ablagefläche.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Abstützeinrichtung vorgesehen ist, auf welcher das wenigstens eine Positionierwerkzeug der Positioniereinrichtung aufliegt und gegen welche die Verbindeeinrichtung abgestützt ist. Bei der Abstützeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Metallgitter handeln, auf welchem das Positionierwerkzeug und die Verbindeeinrichtung angeordnet sind. Die Abstützeinrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Positionierwerkzeug additiv aus einem Kunststoff gefertigt ist, wobei das Positionierwerkzeug mittels der Abstützeinrichtung stabilisiert wird. Alternativ zu der Ausbildung des Positionierwerkzeugs aus dem Kunststoff kann das Positionierwerkzeug aus einem Metall additiv gefertigt sein, wobei hier ebenfalls ein Stabilisieren des Positionierwerkzeugs mittels der Abstützeinrichtung möglich ist. Mittels der Abstützeinrichtung kann somit sichergestellt werden, dass die Verbindeeinrichtung bei einem Fügen des Bauteils mit dem wenigstens einen weiteren Element positionsfest gehalten wird, sodass ein präzises Fügen des Bauteils ermöglicht ist. Beim Fügen des Bauteils mit dem wenigstens einen Element wird die Verbindeeinrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, gegen welche die Verbindeeinrichtung über die Abstützeinrichtung abgestützt werden kann. Ein Verrutschen der Verbindeeinrichtung während des Fügens kann dadurch vermieden werden. Mittels der Abstützeinrichtung ist somit ein positionsgenaues Fügen des Bauteils mit dem wenigstens einen Element über die Verbindeeinrichtung sichergestellt. Die Abstützeinrichtung kann beispielsweise eine definierte vorgegebene Struktur aufweisen, über welche die Abstützeinrichtung mit dem Positionierwerkzeug und/oder der Verbindeeinrichtung in Eingriff bringbar ist, um die Verbindeeinrichtung und/oder das Positionierwerkzeug positionsgenau relativ zur Abstützeinrichtung zu positionieren.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn das wenigstens eine Element ein Verbindungselement oder ein weiteres Bauteil, insbesondere ein weiteres Kraftfahrzeugbauteil ist. Das bedeutet, dass das Bauteil mittels der Verbindeeinrichtung mit dem Verbindungselement und/oder dem weiteren Bauteil gefügt wird. Insbesondere wird mittels der Verbindeeinrichtung das Bauteil unmittelbar mit dem weiteren Bauteil und/oder dem Verbindungselement verbunden. Wird das Bauteil mittels der Verbindeeinrichtung mit dem Verbindungselement verbunden, so kann das Bauteil in einem späteren Bearbeitungsschritt außerhalb der Fügevorrichtung mit einem weiteren Bauteil, insbesondere einem weiteren Kraftfahrzeugbauteil über das Verbindungselement verbunden werden. Über das Verbindungselement ist das weitere Bauteil beispielsweise an das Bauteil anklipsbar. Hierfür kann ein Koppelelement vorgesehen sein, über welches das weitere Bauteil mit dem Verbindungselement verbunden, insbesondere verklipst wird. Bei dem Verbindungselement handelt es sich beispielsweise um einen rotationssymmetrischen Körper, welcher durch ein Pressen in eine Öffnung des Bauteils mit dem Bauteil fügbar ist. Dabei kann der rotationssymmetrische Körper derart mit einer Kraft beaufschlagt werden, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Bauteil entsteht. Bei dem Verbindungselement handelt es sich insbesondere um eine Kugel oder ein Konglomerat aus wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Kugeln. Mittels der Fügevorrichtung ist das Bauteil somit besonders einfach unmittelbar mit dem weiteren Bauteil oder unmittelbar mit dem Verbindungselement zu fügen, wobei das Bauteil nach einem Fügen mit dem Verbindungselement über das Verbindungselement mit einem weiteren Bauteil verbunden werden kann.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindeeinrichtung dazu eingerichtet ist, das Bauteil zumindest mit dem Verbindungselement kalt zu fügen. Unter dem Kaltfügen ist insbesondere zu verstehen, dass das Bauteil und/oder das Verbindungselement umgeformt werden, um das Bauteil mit dem Verbindungselement zu fügen. Insbesondere kann das Verbindungselement in eine Öffnung des Bauteils eingepresst werden, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Bauteil entsteht. Das Kaltfügen ermöglicht ein besonders schnelles und einfaches Fügen des Bauteils mit dem Verbindungselement. Beispielsweise kann das Bauteil über das Verbindungselement mit dem weiteren Bauteil kalt gefügt werden. Hierfür wird das Verbindungselement in jeweilige miteinander in Überdeckung gebrachte Öffnungen des Bauteils und des weiteren Bauteils eingebracht und in diesen Öffnung kalt umgeformt, um hierdurch sowohl mit dem Bauteil als auch mit dem weiteren Bauteil gefügt zu werden. Alternativ zu dem Verbinden des Bauteils und des weiteren Bauteils über das Verbindungselement können das Bauteil und das weitere Bauteil direkt miteinander durch Kaltfügen verbunden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbindeeinrichtung als eine Stempeleinrichtung und/oder eine Nieteinrichtung ausgebildet ist. Handelt es sich bei der Verbindeeinrichtung um die Stempeleinrichtung, dann kann wenigstens eine Matrize an dem Positionierwerkzeug anliegend oder in dem Positionierwerkzeug integriert angeordnet sein. Bei der Matrize kann es sich um eine Umformmatrize handeln, mittels welcher das Bauteil und/oder das Element umzuformen ist, um das Bauteil mit dem Element formschlüssig zu fügen. Mittels der Stempeleinrichtung können das Bauteil und das Element kalt oder warm umgeformt werden, um miteinander gefügt zu werden. Bei einem Warmumformen erfolgt zusätzlich zu einem Umformen beziehungsweise Einpressen des Elements an das Bauteil ein Erwärmen des Elements und/oder das Bauteils. Die Nieteinrichtung ist dazu eingerichtet, das Bauteil mit dem Element, insbesondere dem weiteren Bauteil mittels Nieten zu verbinden. Hierbei kann die Nieteinrichtung an dem Positionierwerkzeug anliegend oder in dem Positionierwerkzeug integriert angeordnet sein. In das Positionierwerkzeug kann eine Nietenzuführeinrichtung integriert sein, mittels welcher Nieten der Fügestelle, an welcher die Bauteile miteinander zu fügen sind, zuführbar sind. Mittels der Stempeleinrichtung und der Nieteinrichtung kann das Bauteil mit dem Element besonders einfach und schnell verbunden werden.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn ein Zuführkanal vorgesehen ist, über welchen das Verbindungselement zu der Fügestelle, an welcher das Verbindungselement mit dem Bauteil zu fügen ist, führbar ist. Das bedeutet, dass die Positioniereinrichtung den Zuführkanal aufweist, in welchem das Verbindungselement zu der Fügestelle zu führen ist. Hierbei kann der Zuführkanal beispielsweise in dem Positionierwerkzeug integriert sein und insbesondere bei dem additiven Herstellprozess zum Herstellen des Positionierwerkzeugs in dem Positionierwerkzeug freigehalten werden. Beispielsweise wird der Zuführkanal direkt im Positionierwerkzeug beim schichtweisen Herstellen des Positionierwerkzeugs freigehalten. Alternativ kann der Zuführkanal in der additiv hergestellten Form für den Abguss vorgehalten sein, um sicherzustellen, dass der Zuführkanal in dem Abguss freigehalten ist. Über den Zuführkanal ist das Verbindungselement besonders einfach zu der Fügestelle transportierbar, wobei das Einbringen des Zuführkanals in dem Positionierwerkzeug eine besonders kompakte Bauweise der Fügevorrichtung ermöglicht. An der Fügestelle kann das Verbindungselement beispielsweise mittels eines Pressstifts der Verbindeeinrichtung in das Bauteil, insbesondere in eine Öffnung des Bauteils eingepresst werden.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn eine mit dem Zuführkanal verbundene Aufnahme für einen Speicherbehälter vorgesehen ist, in welchem mehrere Verbindungselemente zu speichern sind. Der Speicherbehälter kann in der Aufnahme der Positioniereinrichtung aufgenommen werden. Beispielsweise kann der Speicherbehälter über ein Gewinde in die Positioniereinrichtung eingeschraubt werden. Alternativ ist der Speicherbehälter durch eine Ausnehmung des Positionierwerkzeugs gebildet und hierdurch in die Positioniereinrichtung integriert. Hierfür kann die Ausnehmung in dem Positionierwerkzeug bei dem additiven Herstellungsprozess vorgehalten werden. Von dem Speicherbehälter werden in dem Speicherbehälter gespeicherte Verbindungselemente für den Zuführkanal bereitgestellt. Hierfür ist der Speicherbehälter mit dem Zuführkanal verbunden, um wenigstens ein Verbindungselement an den Zuführkanal zu übergeben. Der Speicherbehälter ermöglicht, dass für besonders kurze Taktzeiten in einer Kraftfahrzeugfertigung Verbindungselemente in besonders kurzen Zeitabständen zu der Fügestelle geführt werden können.
Um ein Verstopfen des wenigstens einen Zuführkanals mit mehreren Verbindungselementen zu vermeiden und/oder ein Einklemmen des zu der Fügestelle zu fördernden Verbindungselements zwischen weiteren Verbindungselementen unterbinden zu können, ist eine Dosiereinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Zuführen des Verbindungselements zur Fügestelle dosierbar ist. Das bedeutet, dass die Positioniereinrichtung die Dosiereinrichtung aufweisen kann, wobei mittels der Dosiereinrichtung ein Abstand zwischen jeweiligen in den Zuführkanal zu führenden Verbindungselementen einstellbar ist. Mittels der Dosiereinrichtung sind somit die zu der Fügestelle zu fördernden Verbindungselemente dosierbar. Hierbei kann die Dosiereinrichtung an dem Speicher beziehungsweise in dem Speicherbehälter und/oder an den Zuführkanal vorgesehen sein.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das wenigstens eine Verbindungselement in den Zuführkanal zu der Fügestelle förderbar ist. Beispielsweise kann das wenigstens eine Verbindungselement über Druckluft in den Zuführkanal gefördert werden. Alternativ kann der Zuführkanal derart ausgebildet sein, dass das Verbindungselement über Schwerkraft zu der Fügestelle geführt wird. Mittels der Fördereinrichtung kann sichergestellt werden, dass das Verbindungselement innerhalb des Zuführkanals gefördert und der Fügestelle zugeführt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindeeinrichtung dazu eingerichtet ist, das Bauteil zumindest mit dem weiteren Bauteil warm zu fügen. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der Verbindeeinrichtung das Bauteil mit dem Verbindungselement warm gefügt werden. Das Warmfügeen des Bauteils mit dem Element ermöglicht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Element. Bei dem Warmfügen werden das Bauteil und/oder das Element zumindest bereichsweise geschmolzen, um eine sichere Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Element zu ermöglichen. Hierfür werden das Bauteil und/oder das Element zumindest bereichsweise erhitzt, wodurch das Bauteil und das Element zumindest bereichsweise ineinander fließen können. Das Warmfügen des Bauteils mit dem wenigstens einen Element ermöglicht eine besonders sichere Verbindung zwischen dem Bauteil und dem wenigstens einen Element.
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbindeeinrichtung als eine Schweißeinrichtung ausgebildet ist. Die Schweißeinrichtung kann beispielsweise wenigstens eine Schweißelektrode aufweisen, welche an dem Positionierwerkzeug anliegend oder in dem Positionierwerkzeug integriert angeordnet ist. Mittels der Schweißeinrichtung sind das Bauteil und das wenigstens eine Element miteinander verschweißbar, um das Bauteil mit dem wenigstens einen Element stoffschlüssig zu fügen. Für das Schweißen des Bauteils kann ein Masseanschluss an das Bauteil angelegt werden. An das wenigstens eine Element wird die Schweißelektrode an der Fügestelle angelegt, um das Bauteil mit dem wenigstens einen Element zu verschweißen. Das Verschweißen ermöglicht ein besonders sicheres Verbinden des Bauteils mit dem wenigstens einen Element.
Es hat sich in einer Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Positioniereinrichtung wenigstens einen Kühlkanal aufweist, in welchem zum Kühlen wenigstens eines Positionierwerkzeugs und/oder des zu fügenden Bauteils und/oder des wenigstens einen Elements ein Kühlmittel führbar ist. Das bedeutet, dass beim additiven Herstellen des Positionierwerkzeugs die Kühlkanäle freigehalten werden können, sodass bei einem Betrieb der Fügevorrichtung das Kühlmittel in den vorgehaltenen Kühlkanälen geführt werden kann. Mittels des in den Kühlkanälen geführten Kühlmittels ist Wärme von dem Positionierwerkzeug und/oder dem zu fügenden Bauteil und/oder dem wenigstens einen Element, insbesondere an der Fügestelle abtransportierbar. Somit ist über das in den Kühlkanälen geführte Kühlmittel das Positionierwerkzeug besonders einfach kühlbar, wobei die Kühlkanäle im Positionierwerkzeug bei dem additiven Herstellen des Positionierwerkzeugs besonders einfach vorgesehen werden können.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung zum Fügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein Positionierwerkzeug einer Positioniereinrichtung in einem additiven Herstellungsprozess gefertigt. Mittels der Positioniereinrichtung sind das Bauteil und das wenigstens eine Element relativ zueinander positionierbar. Bei dem Verfahren ist es des Weiteren vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung mit einer Verbindeeinrichtung verbunden wird. Mittels der Verbindeeinrichtung sind das Bauteil und das wenigstens eine Element nach deren Positionierung miteinander verbindbar. Um die Verbindeeinrichtung mit der Positioniereinrichtung zu verbinden, kann die Verbindeeinrichtung beispielsweise in eine Aufnahme eines Werkzeugs zum additiven Fertigen des Positionierwerkzeugs angeordnet werden. Anschließend kann mittels des Werkzeugs das Positionierwerkzeug an der Verbindeeinrichtung anliegend in der Aufnahme additiv gefertigt werden. Das bedeutet, dass die Verbindeeinrichtung in der Aufnahme des Werkzeugs angeordnet und relativ zu dieser positioniert wird. Anschließend wird das Positionierwerkzeug additiv und somit schichtweise sowie an der Verbindeeinrichtung anliegend, beziehungsweise die Verbindeeinrichtung integrierend hergestellt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Verbindeeinrichtung in einer vorgegebenen Relativposition zum Positionierwerkzeug und somit zur Positioniereinrichtung angeordnet wird. Alternativ kann beim additiven Fertigen des Positionierwerkzeugs ein Bereich für ein späteres Einbringen der Verbindeeinrichtung vorgehalten werden. Des Weiteren ist es alternativ möglich, dass bei einem additiven Herstellen einer Form für das Positionierwerkzeug der Bereich für die Verbindeeinrichtung freigehalten wird und anschließend das Positionierwerkzeug durch Abgießen der additiv gefertigten Form gebildet wird. Im Anschluss daran kann die Verbindeeinrichtung in dem Positionierwerkzeug für die Verbindeeinrichtung vorgehaltenen Bereich angeordnet werden. Somit ist die Verbindeeinrichtung besonders einfach und individuell an die jeweilige Positioniereinrichtung anpassbar in dem jeweiligen Positionierwerkzeug anordenbar.
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die Vorteile und vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht einer Fügevorrichtung zum Kaltfügen eines Bauteils mit wenigstens einem Element, wobei die Fügevorrichtung eine als Stempeleinrichtung ausgebildete Verbindeeinrichtung umfasst, mittels welcher das Bauteil mit dem wenigstens einen Element kalt fügbar ist, und die Fügevorrichtung eine Positioniereinrichtung aufweist, in welcher die Stempeleinrichtung integriert ist; und
2 eine schematische Schnittansicht der Fügevorrichtung zum Warmfügen des Bauteils mit wenigstens einem Element, wobei die Verbindeeinrichtung der Fügevorrichtung als Schweißeinrichtung ausgebildet ist und ein Positionierwerkzeug der die Verbindeeinrichtung umschließenden Positioniereinrichtung wenigstens einen Kühlkanal aufweist, mittels welcher das Positionierwerkzeug insbesondere in einem Bereich des Positionierwerkzeugs, welcher eine Fügestelle des Bauteils umschließt, mittels eines in dem wenigstens einen Kühlkanal zu führenden Kühlmittels kühlbar ist.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 und 2 ist in jeweiligen Schnittdarstellungen eine Fügevorrichtung 1 gezeigt, mittels welcher ein Bauteil 2 mit einem weiteren Bauteil 3 und/oder einem Verbindungselement 4 zu fügen ist. Die in 1 gezeigte Fügevorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das Bauteil 2, bei welchem es sich vorliegend um ein Kraftfahrzeugbauteil handelt, mit dem Verbindungselement 4 und/oder dem weiteren Bauteil 3 als jeweiligen Elementen kalt zu fügen. Die in 2 dargestellte Fügevorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das Bauteil 2 mit dem weiteren Bauteil 3 warm zu fügen.
Die jeweiligen Fügevorrichtungen 1 umfassen jeweils eine Positioniereinrichtung 5, mittels welcher das Bauteil 2 und/oder das weitere Bauteil 3 relativ zueinander und/oder relativ zur Fügevorrichtung 1 positionierbar sind. Die Positioniereinrichtung 5 weist wenigstens ein in einem additiven Herstellungsprozess gefertigtes Positionierwerkzeug 6, vorliegend zwei in jeweils einem additiven Herstellungsprozess gefertigte Positionierwerkzeuge 6 auf. Um das Bauteil 3 relativ zur Fügevorrichtung 1 positionieren zu können, wird das Bauteil 2 zwischen den jeweiligen Positionierwerkzeugen 6 der Fügevorrichtung 1 angeordnet. Das Fertigen der Positionierwerkzeuge 6 in jeweiligen additiven Herstellungsverfahren ermöglicht, dass Vorrichtungselemente der Fügevorrichtung 1 beim Herstellen des jeweiligen Positionierwerkzeugs 6 in das jeweilige Positionierwerkzeug 6 eingebracht werden können und/oder jeweilige Bereiche für die Vorrichtungselemente beim Fertigen der Positionierwerkzeuge für die jeweiligen Vorrichtungselemente vorgehalten werden können, um nach dem Fertigen des jeweiligen Positionierwerkzeugs 6 die jeweiligen Vorrichtungselemente besonders einfach in der Positioniereinrichtung 5 integrierten zu können. Darüber hinaus ermöglicht das Fertigen der Positionierwerkzeuge 6 in jeweiligen additiven Herstellungsprozessen, dass die Positionierwerkzeuge 6 mit ihren jeweiligen Oberflächenkonturen an zugeordnete Außenkonturen des Bauteils 2 und/oder des weiteren Bauteils 3 individuell angepasst werden können. Hierdurch kann ein besonders sicheres Positionieren des Bauteils 2 und/oder des weiteren Bauteils 3 mittels der Positioniereinrichtung 5 ermöglicht werden. Zudem ermöglicht das Fertigen der jeweiligen Positionierwerkzeuge 6 in additiven Herstellverfahren, dass eine Verbindeeinrichtung 7, mittels welcher das Bauteil 2 mit dem weiteren Bauteil 3 und/oder dem Verbindungselement 4 zu fügen ist, in die Positioniereinrichtung 5 und insbesondere in die Positionierwerkzeuge 6 integrierbar ist. Beim additiven Herstellungsprozess kann das jeweilige Positionierwerkzeug 6 aus einem Kunststoff und/oder aus einem Metall schichtweise und somit generativ gefertigt werden. Alternativ kann eine Form für das jeweilige Positionierwerkzeug 6 additiv gefertigt werden und zum Herstellen des jeweiligen Positionierwerkzeugs 6 die additiv gefertigte Form mit einem Material für das jeweilige Positionierwerkzeug 6 ausgegossen werden. Nach dem Aushärten des Materials, bei welchem es sich insbesondere um Beton handeln kann, kann das Positionierwerkzeug aus der Form entnommen werden.
Vorliegend weisen die jeweiligen Positionierwerkzeuge 6 jeweilige Ablageflächen 8 auf, an welchen das Bauteil 2 beziehungsweise das weitere Bauteil 3 ablegbar sind, um das jeweiligen Bauteil 2, 3 zu dem jeweiligen zugeordneten Positionierwerkzeug 6 zu positionieren. Die Ablagefläche 8 wird durch die jeweilige Oberflächenkontur des zugeordneten Positionierwerkzeugs 6 gebildet, wobei die Ablagefläche 8 das jeweilige zu positionierende Bauteil 2, 3 als Negativ abbildet, um das jeweilige zugeordnete Bauteil 2, 3 besonders präzise aufnehmen und positionieren zu können.
Des Weiteren kann aus den Figuren erkannt werden, dass die die beiden Positionierwerkzeuge 6 umfassende Positioniereinrichtung 5 gegen eine Abstützeinrichtung 9 abgestützt ist. Vorliegend liegt eines der Positionierwerkzeuge 6 auf der Abstützeinrichtung 9 ab. Bei der Abstützeinrichtung 9 handelt es sich vorliegend um ein Metallgitter, auf welchem das Positionierwerkzeug 6 der Positioniereinrichtung 5 abliegt. Mittels der Abstützeinrichtung 9 ist das auf der Abstützeinrichtung 9 abliegende Positionierwerkzeug 6 strukturell stabilisierbar, sodass ein Verformen des abliegenden Positionierwerkzeugs 6 und/oder ein Ändern einer Ausrichtung der Verbindeeinrichtung 7 relativ zu dem abliegenden Positionierwerkzeug 6 unterbleibt.
Um die jeweiligen Bauteile 2, 3 relativ zu den jeweiligen zugeordneten Positionierwerkzeugen 6 positionieren zu können, weist die Positioniereinrichtung 5 ein Zentriersystem 10 auf. Das Zentriersystem 10 umfasst wenigstens eine, vorliegend mehrere in den jeweiligen Positionierwerkzeugen 6 integrierte Magnetkugeln 11. Mittels der Magnetkugeln 11 sind die jeweiligen Bauteile 2, 3 über Magnetkraft an dem jeweiligen Positionierwerkzeug 6 zu halten. Die Magnetkugeln 11 sind außenseitig der jeweiligen zugeordneten Positionierwerkzeuge 6 angeordnet, sodass ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Magnetkugeln 11 und dem jeweiligen zugeordneten zu positionierenden Bauteil 2, 3 herstellbar ist. Vorliegend weisen die jeweiligen Bauteile 2, 3 jeweilige, den Magnetkugeln 11 zugeordnete Zentrieröffnungen 12 auf, in welchen die Magnetkugeln 11 beim Zentrieren und Positionieren des jeweiligen Bauteils 2, 3 zumindest bereichsweise hineinrutschen. Über ein Ergreifen jeweiliger kugelförmiger Oberflächen der Magnetkugeln 11 in die Zentrieröffnungen 12 der jeweiligen Bauteile 2, 3 werden die Bauteile 2, 3 besonders präzise relativ zu den jeweiligen zugeordneten Positionierwerkzeugen 6 positioniert. Darüber hinaus werden die Bauteile 2, 3 an den jeweiligen zugeordneten Positionierwerkzeugen 6 über magnetische Anziehung zwischen den in den jeweiligen Positionierwerkzeugen 6 integrierten Magnetkugeln 11 gehalten werden.
Im Folgenden wird das Kaltfügen des Bauteils 2 mit dem weiteren Bauteil 3 über das Verbindungselement 4 im Zusammenhang mit der in 1 gezeigten Darstellung näher erläutert. Zum Kaltfügen ist die Verbindeeinrichtung 7 als Stempeleinrichtung 13 ausgeführt. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Verbindeeinrichtung 7 zum Kaltfügen als Nieteinrichtung ausgebildet sein. Die Stempeleinrichtung 13 umfasst einen Stempel 14 sowie eine Matrize 15. Der Stempel 14 ist in einem der Positionierwerkzeuge 6 der Positioniereinrichtung 5 integriert, wohingegen die Matrize 15 in dem anderen Positionierwerkzeug 6 der Positioniereinrichtung 5 integriert ist. Folglich sind die positionierten Bauteile 2, 3 zwischen dem Stempel 14 und der Matrize 15 angeordnet, sodass der Stempel 14 und die Matrize 15 an jeweiligen sich gegenüberliegenden Seiten der Bauteile 2, 3 angeordnet sind. Folglich umgreift die Stempeleinrichtung 13 die Bauteile 2, 3 von gegenüberliegenden Seiten. Mittels der Stempeleinrichtung 13 ist das Verbindungselement 4 in jeweilige miteinander in Überdeckung angeordnete Öffnungen 16 der Bauteile 2, 3 einpressbar, um die Bauteile 2, 3 über das Verbindungselement 4 miteinander zu fügen. Zum Kaltfügen der Bauteile 2, 3 miteinander wird das Verbindungselement 4 in die beim Positionieren der Bauteile 2, 3 miteinander in Überdeckung gebrachten Öffnungen 16 eingebracht und anschließend mittels der Stempeleinrichtung 13 von gegenüberliegenden Seiten mit einer Kraft beaufschlagt, sodass sich das Verbindungselement 4 in der Öffnung 16 verformt. Durch das Verformen des Verbindungselements 4 in den Öffnungen 16 formt sich das Verbindungselement 4 an die Bauteile 2, 3 an, sodass über das Verbindungselement 4 die Bauteile 2, 3 miteinander verbunden werden.
Um das Verbindungselement 4 zu den miteinander in Überdeckung gebrachten Öffnungen 16 der Bauteile 2, 3 zuführen zu können, weist die Positioniereinrichtung 5 einen Zuführkanal 17 auf. Vorliegend ist der Zuführkanal 17 in eines der Positionierwerkzeuge 6 integriert. Innerhalb des Zuführkanals 17 ist das Verbindungselement 4 zu den Öffnungen 16 der Bauteile 2, 3 als Fügestelle, an welcher die Bauteile 2, 3 zu fügen sind, transportierbar. Vorliegend ist der Zuführkanal 17 mit einer Aufnahme 18 für einen Speicherbehälter 19 verbunden. Folglich ermöglicht der Zuführkanal 17 ein Transportieren des Verbindungselements 4 von der Aufnahme 18 zu der Fügestelle. Die Aufnahme 18 ist in der Positioniereinrichtung 5 integriert und dazu eingerichtet, den Speicherbehälter 19 aufzunehmen. Somit ist über die Aufnahme 18 der Speicherbehälter 19 mit der Positioniereinrichtung 5 und insbesondere mit dem Zuführkanal 17 verbindbar. Der Speicherbehälter 19 ist dazu eingerichtet, eine Vielzahl von Verbindungselementen 4 zu speichern und für den Zuführkanal 17 bereitzustellen. Um ein Verstopfen des Zuführkanals 17 vermeiden zu können, ist eine Dosiereinrichtung 20 vorgesehen, mittels welcher in den Zuführkanal 17 ein Zuführen der Verbindungselemente 4 dosierbar sind. Die Dosiereinrichtung 20 kann in dem Zuführkanal 17 und/oder in dem Positionierwerkzeug 6 und/oder in der Aufnahme 18 und/oder in dem Speicherbehälter 19 integriert sein. Insbesondere stellt die Dosiereinrichtung 20 sicher, dass die jeweiligen Verbindungselemente 4 dem Zuführkanal 17 einzeln zugeführt werden und ein Verstopfen des Zuführkanals unterbleibt. Vorliegend umfasst die Fügevorrichtung 1 des Weiteren eine Fördereinrichtung 21, mittels welcher jeweilige Verbindungselemente 4 in den Zuführkanal 17 förderbar sind. Vorliegend ist die Fördereinrichtung 21 als Gebläse ausgebildet, sodass das jeweilige Verbindungselement 4 mittels eines Luftstroms im Zuführkanal 17 führbar ist.
Im Folgenden wird die in 2 dargestellte Fügevorrichtung 1 näher erläutert, wobei die Verbindeeinrichtung 7 als Schweißeinrichtung 22 ausgebildet ist. Mittels der Schweißeinrichtung sind die Bauteile 2, 3 miteinander warm fügbar. Die Schweißeinrichtung 22 umfasst vorliegend eine Schweißelektrode 23 sowie einen Masseanschluss 24. Die Schweißelektrode 23 und der Masseanschluss 24 sind in jeweils unterschiedlichen Positionierwerkzeugen 6 der Positioniereinrichtung 5 integriert. Die Schweißelektrode 23 wird zum Warmfügen der Bauteile 2, 3 miteinander an das Bauteil 2 angelegt, während der Masseanschluss 24 an das zweite Bauteil angelegt wird. Insbesondere werden der Masseanschluss 24 und die Schweißelektrode 23 an der Fügestelle angelegt, an welcher die Bauteile 2, 3 miteinander zu verschweißen sind. Das Herstellen der Positionierwerkzeuge 6 in jeweiligen additiven Herstellprozessen ermöglicht ein Verschweißen der Bauteile 2, 3 an Fügestellen, welche von außerhalb der Positioniereinrichtung 5 schwer zugänglich sind.
Bei dem Masseanschluss 24 kann es sich um einen Kupferdraht handeln, welcher insbesondere additiv gefertigt sein kann. Beim additiven Fertigen des Masseanschlusses 24 kann ein Kühlkanal in den Masseanschluss 24 eingebracht werden. Der Masseanschluss 24 kann darüber hinaus umfangsseitig zu dem Positionierwerkzeug 6 hin isoliert sein.
Um ein Überhitzen wenigstens eines der Positionierwerkzeuge 6 und/oder der Bauteile 2, 3 beim Warmfügen der Bauteile 2, 3 zu vermeiden, weist vorliegend eines der Positionierwerkzeuge 6 einen Kühlkanal 25 auf. Der Kühlkanal 25 ist dazu eingerichtet ein Kühlmedium zu führen, mittels welchem Wärme aus dem zugeordneten Positionierwerkzeug 6 abtransportierbar ist. Aufgrund des Herstellens des Positionierwerkzeugs 6 im Rahmen des additiven Herstellprozesses ist der Kühlkanal 25 besonders einfach in das Positionierwerkzeug 6 bereits bei dessen Fertigung einbringbar. Über das Kühlmittel ist zumindest während des Fügens der Bauteile 2, 3 miteinander Wärme von den Bauteilen 2, 3 und/oder von dem dem Kühlkanal 25 zugeordneten Positionierwerkzeug 6 abführbar. Somit ist über den einen Kühlkanal 25 eine jeweilige Temperatur der Bauteile 2, 3 und/oder des zugeordneten Positionierwerkzeugs 6 zumindest während des Warmfügens einstellbar. Der Kühlkanal 25 in dem Positionierwerkzeug 6 kann fluidisch in Verbindung mit dem Kühlkanal des Masseanschlusses stehen, sodass ein Fluid zwischen den Kühlkanälen austauschbar ist.
Beim Herstellen der Fügevorrichtung 1 kann zum Integrieren der Verbindeeinrichtung 7 in wenigstens eines der Positionierwerkzeuge 6 ein jeweiliges Verbindeelement der Verbindeeinrichtung 7 in eine Aufnahme eines Werkzeugs zum additiven Fertigen des jeweiligen Positionierwerkzeugs 6 eingebracht und dort positioniert werden. Anschließend wird mittels des Werkzeugs zum additiven Fertigen das jeweilige Positionierwerkzeug 6 das jeweilige Verbindeelement der Verbindeeinrichtung 7 zumindest bereichsweise umschließend schichtweise additiv gefertigt.
In der beschriebenen Fügevorrichtung 1 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gegenwärtig im Karosseriebau mehrere Blecheinzelteile in aufwändigen und kostenintensiven Geometriestationen und Fixierstationen mittels Aufnahmebohrungen und/oder Aufnahmestiften zueinander positioniert und mittels aufwändiger, robotergeführter Schweißtechnik geometrisch zusammengefügt werden. Des Weiteren werden in einer Montage über Bolzen und Halter Steuergeräte und/oder Kabelbäume und/oder Verkleidungsteile und/oder eine Außenhaut an eine Karosserie angebracht, per Schieblehre positioniert und mittels Verbindungstechnik angebunden. In einer Produktentstehung und Produktabstimmung werden jeweilige Lagen der Steuergeräte, Kabelbäume, Verkleidungsteile und/oder der Außenhaut verändert, sodass entsprechende Änderungsaufwände in der zugehörigen Werkzeugtechnik und Anlagentechnik resultieren.
Nachteilig an herkömmlichen Verfahren ist, dass Arbeitsinhalte sowie eine Anzahl an Schweißpunkten an einer jeweiligen Anlage durch eine Taktzeit bestimmt werden. Je schneller Schweißpunkte an eine Anlage gesetzt werden können, desto mehr Schweißpunkte können an den Blecheinzelteilen in einer vorgegebenen Taktzeit für die Anlage gesetzt werden. Eine Fügefolge der Blecheinzelteile wird durch eine Zugänglichkeit der Blecheinzelteile in der jeweiligen Anlage bestimmt, wobei bei einem Schweißprozess eine beidseitige Zugänglichkeit an die jeweiligen Blecheinzelteile zum Anliegen der Schweißelektroden notwendig ist. Derzeit werden inkrementelle Schweißprozesse robotergeführt durchgeführt, was zu einem sehr hohen Instandhaltungsaufwand führt. Komplexe und verkettete Prozessabläufe und Prozesstechnik beeinträchtigt eine Anlagenverfügbarkeit. Sequenzielle Fügeprozesse und notwendige Handhabungsschritte können eine geometrische Robustheit der herzustellenden Karosserie aus den Blecheinzelteilen beeinträchtigen. Bei überwiegend warmen Fügeprozessen kann geometrischer Verzug der Karosserie auftreten. Folglich ist ein Fügeprozess zu schaffen, mittels welchem die Blecheinzelteile, vorliegend die Bauteile 2, 3, besonders einfach und schnell mit einem miteinander beziehungsweise mit einem weiteren Element, wie dem Verbindungselement 4, gefügt werden können.
Bei der Fügevorrichtung 1 ist die Verbindeeinrichtung 7 direkt in die Positioniereinrichtung 5 integriert. Hierbei kann die Positioniereinrichtung 5 zusätzlich Spanntechnik, vorliegend das Zentriersystem 10 aufweisen, was ein gleichzeitiges Spannen und Fügen des Bauteils 2 ermöglicht. Hierdurch können kurze Pulsabstände beim Fügen, insbesondere beim inkrementellen Fügen, umgesetzt werden. Mittels der beidseitig des Bauteils 2 anordenbaren Verbindeelemente der Verbindeeinrichtung 7 ist das Bauteil 2 beidseitig fügbar.
Das Fügen des Bauteils 2 mit dem Verbindungselement 4 kann bei einem Transportieren der Fügevorrichtung 1 mittels eines fahrerlosen Transportsystems erfolgen. Hierbei kann die Verbindeeinrichtung 7 akkubetrieben sein. Beim Transportieren des zu fügenden Bauteils 2 auf dem fahrerlosen Transportsystem kann das Bauteil 2 mittels der Verbindeeinrichtung 7 insbesondere kalt mit dem Verbindungselement 4 gefügt werden.
Aufgrund der additiven Herstellung des wenigstens einen Positionierwerkzeugs 6 der Positioniereinrichtung 5 ist das jeweilige Positionierwerkzeug 6 besonders einfach herstellbar und in der jeweiligen Fügevorrichtung 1 in Abhängigkeit von jeweiligen zu fertigenden Derivaten an Karosserien besonders einfach austauschbar. Hierbei kann das jeweilige Positionierwerkzeug 6 in der Fügevorrichtung 1 eingeklipst werden. Es handelt sich somit um ein adaptives additives Verfahren des Befestigens des jeweiligen Positionierwerkzeugs 6 in der Fügevorrichtung 1. Das jeweilige Positionierwerkzeug 6 kann mittels eines Schnellwechselsystems in der Fügevorrichtung 1 integriert sein, sodass die Fügevorrichtung 1 einen modularen Aufbau aufweist. Wenigstens eines der Positionierwerkzeuge 6 kann insbesondere auf die Abstützeinrichtung 9 austauschbar aufgeklipst werden.
Die beschriebene Fügevorrichtung 1 weist besonders geringe Investitionskosten und einen besonders geringen Flächenbedarf auf. Darüber hinaus sind mittels der Fügevorrichtung 1 besonders kurze Taktzeiten realisierbar. Durch robuste und einfache Fügeprozesse ermöglicht die Fügevorrichtung 1 eine besonders hohe Anlageverfügbarkeit. Des Weiteren weist die Fügevorrichtung 1 eine robuste Geometrie und Festigkeit auf. Eine jeweilige Fügequalität von Fügeverbindungen des Bauteils 2, welches mittels der Fügevorrichtung 1 gefügt ist, ist derart hoch, dass ein Prüfaufwand für die Fügeverbindung besonders gering ist. Aufgrund einer besonders geringen Anzahl an Komponenten der Fügevorrichtung 1 ist ein Instandhaltungsaufwand der Fügevorrichtung 1 besonders gering. Das jeweilige Positionierwerkzeug 6 ist im Rahmen einer agilen Produktion basierend auf Digitalisierung besonders einfach für eine jeweilige neue Geometrie an Bauteilen 2 anpassbar.
Bezugszeichenliste

1: Fügevorrichtung
2: Bauteil
3: weiteres Bauteil
4: Verbindungselement
5: Positioniereinrichtung
6: Positionierwerkzeug
7: Verbindeeinrichtung
8: Auflagefläche
9: Abstützeinrichtung
10: Zentriersystem
11: Magnetkugel
12: Zentrieröffnung
13: Stempeleinrichtung
14: Stempel
15: Matrize
16: Öffnung
17: Zuführkanal
18: Aufnahme
19: Speicherbehälter
20: Dosiereinrichtung
21: Fördereinrichtung
22: Schweißeinrichtung
23: Schweißelektrode
24: Masseanschluss
25: Kühlkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014006771 A1 [0002]
DE 102015209526 B3 [0003]

Claims

Fügevorrichtung (1) zum Fügen eines Bauteils (2) mit wenigstens einem Element (3, 4), mit einer Positioniereinrichtung (5), welche wenigstens ein in einem additiven Herstellungsprozess gefertigtes Positionierwerkzeug (6) aufweist, mittels welchem das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) relativ zueinander positionierbar sind, und mit einer Verbindeeinrichtung (7), mittels welcher das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) miteinander zu fügen sind.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindeeinrichtung (7) in die Positioniereinrichtung (5) integriert ist.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierwerkzeug (6) additiv gefertigt ist oder ein Abguss einer additiv gefertigten Form für das Positionierwerkzeug (6) ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (5) ein Zentriersystem (10) umfasst, über welches das Bauteil (2) über Magnetkraft von der Positioniereinrichtung (5) aufnehmbar und relativ zu der Positioniereinrichtung (5) positionierbar ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (5) eine Ablagefläche (8) für das Bauteil (2) aufweist, gegen welche zum Positionieren das Bauteil (2) abstützbar ist.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagefläche (8) eine Oberfläche des Bauteils (2) als Negativ abbildet.
Fügevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstützeinrichtung (9) vorgesehen ist, auf welcher das wenigstens eine Positionierwerkzeug (6) der Positioniereinrichtung (5) aufliegt und gegen welche die Verbindeeinrichtung (7) abgestützt ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element ein Verbindungselement (4) oder ein weiteres Bauteil (3) ist.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindeeinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, das Bauteil (2) zumindest mit dem Verbindungselement (4) kalt zu fügen.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindeeinrichtung (7) als eine Stempeleinrichtung (13) und/oder eine Nieteinrichtung ausgebildet ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuführkanal (17) vorgesehen ist, über welchen das Verbindungselement (4) zu einer Fügestelle, an welcher das Verbindungselement (4) mit dem Bauteil (2) zu fügen ist, führbar ist.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Zuführkanal (17) verbundene Aufnahme (18) für einen Speicherbehälter (19) vorgesehen ist, in welchem mehrere Verbindungselemente (4) zu speichern sind.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiereinrichtung (20) vorgesehen ist, mittels welcher ein Zuführen des Verbindungselements (4) zur Fügestelle dosierbar ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fördereinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels welcher das wenigstens eine Verbindungselement (4) in dem Zuführkanal (17) zu der Fügestelle förderbar ist.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindeeinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, das Bauteil (2) zumindest mit dem weiteren Bauteil (3) warm zu fügen.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindeeinrichtung (7) als eine Schweißeinrichtung (22) ausgebildet ist.
Fügevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (5) wenigstens einen Kühlkanal (25) aufweist, in welchem zum Kühlen wenigstens eines Positionierwerkzeugs (6) und/oder des zu fügenden Bauteils (2) und/oder des wenigstens einen Elements (3, 4) ein Kühlmittel führbar ist.
Verfahren zum Herstellen einer Fügevorrichtung (1) zum Fügen eines Bauteils (2) mit wenigstens einem Element (3, 4), bei welchem wenigstens ein Positionierwerkzeug (6) einer Positioniereinrichtung (5), mittels welcher das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) relativ zueinander positionierbar sind, in einem additiven Herstellungsprozess gefertigt wird und mit einer Verbindeeinrichtung (7), mittels welcher das Bauteil (2) und das wenigstens eine Element (3, 4) miteinander verbindbar sind, verbunden wird.