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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur Montage einer Leitung an einem Fahrzeugbauteil oder an einem Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen.
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Elektrische Leitungen bzw. Kabel im Fahrzeug werden üblicherweise im Verbund des Kabelbaums ins Fahrzeug eingebracht. Der Kabelbaum wird mittels Befestigungselementen am Fahrzeug befestigt. Die Kabelenden werden an die jeweiligen Verbraucher oder Kontaktstellen angeschlossen. Die nachträgliche Montage des Kabelbaums erfordert Bauraum und spezielle Befestigungselemente. Auch der - meist manuell durchgeführte - Montageprozess ist mit Fehlern und Kosten verbunden. Die nur stellenweise befestigten Leitungen sind größtenteils freischwingend, werden daher mechanisch belastet, was zu Beschädigungen und Leitungsbrüchen führen kann.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Lösung anzugeben, wie eine Montage von Leitungen an einem Fahrzeug verbessert werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein Werkzeug nach Patentanspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Verfahren angegeben zur Montage einer Leitung an einem Fahrzeugbauteil oder an einem Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen. Bei den Fahrzeugbauteilen kann es sich um Metallbauteile, Kunststoffbauteile oder Verbundbauteile handeln. Bei dem Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen kann es sich beispielsweise um eine Baugruppe eines Fahrzeugs oder um eine Fahrzeugkarosserie selbst handeln. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen des Fahrzeugbauteils oder des Zusammenbaus von Fahrzeugbauteilen,
- - Aufbringen eines plastifizierten Kunststoffstranges auf das Fahrzeugbauteil oder den Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen entlang eines gewünschten Leitungsverlaufs, und
- - Einbringen eines Leitungskörpers in das plastifizierte Material des Kunststoffstranges.
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Der Kunststoffstrang wird in plastifiziertem Zustand auf das Fahrzeugbauteil bzw. den Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen aufgebracht. Für den Kunststoffstrang können beispielsweise typische Materialien der Kabelherstellung verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Material des Kunststoffstrangs um einen Thermoplasten, wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) oder um ein thermoplastisches Elastomer wie z.B. Hytrel.
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Der Leitungskörper wird in das plastifizierte Material des Kunststoffstranges eingebracht. Der Leitungskörper wird dabei umfangsseitig zumindest teilweise oder vorzugsweise vollständig in den Kunststoffstrang eingebettet. Hierbei erfüllt der Kunststoffstrang zwei Funktionen. Einerseits dient er der Fixierung des Leitungskörpers auf und an dem Fahrzeugbauteil. Andererseits fungiert er gleichzeitig als Isolation des Leitungskörpers gegenüber dem Fahrzeugbauteil. Ist der Leitungskörper vollständig in den Kunststoffstrang eingebettet, so kann dieser weiterhin als elektrische Gesamtisolation dienen und gemeinsam mit dem Leitungskörper ein isoliertes Kabel ausbilden.
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Das vorgeschlagene Verfahren ist besonders schnell und einfach umsetzbar. Durch den noch plastischen Zustand des Kunststoffmaterials kann eine Haftung auf dem Bauteil sichergestellt werden und es entfallen zusätzliche Befestigungsmaterialien. Es werden Kosten und Bauraum eingespart. Zudem ermöglicht das Verfahren die größtmögliche Flexibilität bei der Anordnung der Leitung am Bauteil. Insbesondere kann mit dem Verfahren eine Leitung auch direkt an komplexen dreidimensionalen Strukturen angeordnet und befestigt werden. Durch die Dicke des Kunststoffstranges kann die Isolation bzw. Ummantelung des Leitungskörpers variiert werden. Werden mehrere Leitungskörper nebeneinander angeordnet können durch die Dicke des Kunststoffstranges ebenfalls die Abstände der Leitungskörper definiert werden um beispielsweise eine bestimmte Impedanz der Leitungen sicherzustellen. Indem der Leitungskörper in den Kunststoffstrang eingebettet wird, kann er über seine gesamte Länge am Bauteil fixiert werden, wodurch die Gefahr von Leitungsbrüchen erheblich reduziert wird.
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In einer Ausgestaltung ist der Leitungskörper ein elektrischer Leiter. Der Leitungskörper kann beispielsweise als massiver Draht oder als Litze, also aus mehreren dünnen Einzeldrähten, ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Leitungskörper als massiver Kupferleiter ausgebildet. Ein derartiger Leitungskörper hält thermische Belastungen besser aus als z.B. ein printed electronic-Leitungskörper, der durch Aufdrucken einer elektrisch leitfähigen Tinte hergestellt werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Leitungskörper als optischer Leiter ausgebildet ist. Der Leitungskörper kann z.B. aus einer oder mehreren Lichtleiterfasern gebildet sein. Der Kunststoffstrang kann in dieser Ausgestaltung z.B. eine Mantelfläche bilden zur Verhinderung von seitlicher Abstrahlung des optischen Leiters. Kunststoffstrang und Leitungskörper bilden dann z.B. gemeinsam einen Lichtwellenleiter. Lichtleiter sind sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen, vor allem Knickbeanspruchungen. Mit dem vorliegenden Verfahren können die Lichtleiter vorteilhafter Weise nun vollständig ummantelt und über die gesamte Länge am Fahrzeugbauteil fixiert werden, wodurch eine sichere Verlegung mit geringer Gefahr der Beschädigung der Lichtleiter resultiert.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn der Kunststoffstrang gemeinsam mit dem Leitungskörpers aufgebracht wird. Der Kunststoffstrang wird als plastifiziertes Material abgelegt und der Leitungskörper wird gleichzeitig oder unmittelbar danach - d.h. solange das Material des Kunststoffstranges noch im plastifizierten Zustand vorliegt - in dieses eingebracht. Beispielsweise wird der Kunststoffstrang soweit erwärmt, dass sein Material plastifiziert ist und der Leitungskörper wird in den Kunststoffstrang eingeführt bevor dieser erkaltet und konsolidiert. Ein erneutes Erwärmen des Kunststoffstrangs ist nicht notwendig. Eine derartige Ablage kann beispielsweise mit dem nachfolgend beschriebenen Werkzeug erfolgen und kann insbesondere automatisiert durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines entsprechend programmierten Industrieroboters. Hierdurch wird das Verfahren schnell und präzise.
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Weiterhin wird ein Werkzeug zur Montage einer Leitung angegeben. Das Werkzeug ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Das Werkzeug umfasst eine Leitungskörpervorschubeinrichtung und eine Kunststoffextrusionsvorrichtung zur Erzeugung eines plastifizierten Kunststoffstranges. Weiterhin umfasst das Werkzeug einen Werkzeugkopf, in dem eine erste Austrittsöffnung für den Kunststoffstrang und eine zweite Austrittsöffnung für den Leitungskörper vorgesehen sind.
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Die Leitungskörpervorschubeinrichtung ist eingerichtet um den Leitungskörper z.B. von einer Vorratsspule abzuwickeln und zur Austrittsöffnung für den Leitungskörper zu befördern. Der Leitungskörper wird von der Vorschubeinrichtung durch die Austrittsöffnung in Richtung auf das Bauteil vorgeschoben.
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Die Kunststoffextrusionsvorrichtung ist eingerichtet um einen kontinuierlichen Kunststoffstrang zu erzeugen. Dieser verlässt die Austrittsöffnung für den Kunststoffstrang in plastifiziertem Zustand.
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Indem nun beide Austrittsöffnungen in einem gemeinsamen Werkzeugkopf angeordnet sind, können der Leitungskörper und der Kunststoffstrang in großer Nähe zueinander aufgebracht werden. Dies ermöglicht es, Kunststoffstrang und Leitungskörper quasi zeitgleich auf dem Bauteil abzulegen, wodurch eine besonders gute Verbindung zwischen Leitungskörper, Kunststoffstrang und Bauteil erzielt werden kann. Zudem wird eine besonders kompakte Bauweise geschaffen, die es ermöglicht, das Verfahren auch bei Bauteilen von komplexer Oberflächengestalt durchzuführen.
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Der Werkzeugkopf kann vorzugsweise an einem Industrieroboter, z.B. an einem Mehrachsroboter, befestigt sein und mittels diesem bewegbar und positionierbar sein. Dementsprechend kann das Verfahren als automatisiertes, robotergeführtes Verfahren durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine schnelle, positionsgenaue Montage der Leitungen mit hoher Wiederholgenauigkeit. Zudem können mit einer derartigen Ausgestaltung auch sehr komplexe Bauteilformen mit einer Leitung versehen werden.
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Zur Montage der Leitung wird der Werkzeugkopf von dem Roboter über das Fahrzeugbauteil bzw. den Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen bewegt, während der Kunststoffstrang und der Leitungskörper aus den jeweiligen Austrittsöffnungen in Richtung auf das Bauteil vorgeschoben werden. Der Kunststoffstrang gelangt in Kontakt mit dem Bauteil und haftet auf diesem.
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Der Leitungskörper wird in den Kunststoffstrang abgelegt und von diesem am Bauteil gehalten. Zur Einbettung des Leitungskörpers in das Kunststoffmaterial kann es vorteilhaft sein, wenn der Werkzeugkopf in einer Ausgestaltung weiterhin ein Führungselement aufweist, das den aus der Austrittsöffnung für den Leitungskörper austretenden Leitungskörper in Richtung auf den abzulegenden Kunststoffstrang umlenkt. Ein derartiges Führungselement kann z.B. in der Art einer abfallenden Rampe ausgebildet sein. Der Leitungskörper wird gegen das Führungselement gefördert und von diesem umgelenkt. Der Leitungskörper tritt dann seitlich in den Kunststoffstrang ein. Vorzugsweise wird der Leitungskörper so umgelenkt, dass der Leitungskörper bei Verlassen des Führungselements flach auf die Bauteiloberfläche zuläuft oder im Wesentlichen parallel zur Bauteiloberfläche ausgerichtet ist. Hierbei kann das Führungselement/die Rampe so ausgestaltet sein, dass der Leitungskörper mit vorgegebenem Abstand zur Bauteiloberfläche in den Kunststoffstrang geführt wird. Mit einem derartigen Führungselement kann ein definierter Abstand zwischen Leitungskörper und Bauteiloberfläche erzielt werden und damit eine definierte elektrische Isolation.
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In einer Ausgestaltung kann das Werkzeug weiterhin eine Bauteilzuführvorrichtung aufweisen mit einer im Werkzeugkopf angeordneten Bauteilausgabeöffnung. Die Bauteilzuführeinrichtung ist eingerichtet, um ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, wie z.B. eine LED (light emitting diode), einen Sensor o.ä., an der Bauteilausgabeöffnung auszugeben. Derartige Bauteilzuführvorrichtungen sind z.B. als LED Feeder aus der Elektronikindustrie bekannt. Eine derartige Bauart ermöglicht es, während der Montage der Leitung zusätzlich ein elektrisches oder elektronisches Bauteil mit auf dem Fahrzeugbauteil zu befestigen und direkt an die Leitung anzuschließen. In dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Bauteilausgabeöffnung, die Austrittsöffnung für den Leitungskörper und die Austrittsöffnung für den Kunststoffstrang entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Die drei Öffnungen können somit in Richtung der Leitungsverlegung hintereinander angeordnet sein, wodurch eine sichere Kontaktierung der Bauteile und des Leitungskörpers durch das Material des Kunststoffstranges gewährleistet wird.
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Dementsprechend ist es in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass weiterhin ein elektrisches oder elektronisches Bauteil auf das Fahrzeugbauteil oder den Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen aufgebracht und mittels des Kunststoffstranges befestigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Leitungskörper ein elektrisches oder elektronisches Bauteil und/oder ein Anschlusselement kontaktiert und mittels des Kunststoffstranges an diesem fixiert wird. Hierdurch kann bereits bei der Anordnung der Leitung auf dem Bauteil eine Kontaktierung zu einem Verbraucher oder einem Anschlusselement, wie z.B. einem Stecker, erfolgen. Die Anzahl an manuell vorzunehmenden Anschlüssen kann reduziert werden, wodurch Kosten eingespart und Fehlermöglichkeiten verringert werden.
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Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Werkzeug beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 ein erstes beispielhaftes Werkzeug bei der Montage einer Leitung,
- 2 ein zweites beispielhaftes Werkzeug bei der Montage einer Leitung und eines elektronischen Bauteils und
- 3 ein Fahrzeugbauteil mit montierter Leitung.
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1 zeigt ein beispielhaftes Werkzeug 1 zur Montage einer Leitung auf einem Fahrzeugbauteil oder einem Zusammenbau von Fahrzeugbauteilen. Das Werkzeug 1 beinhaltet einen Werkzeugkopf 10, eine Kunststoffextrusionsvorrichtung 12 sowie eine Leitungskörpervorschubeinrichtung 14. Die Kunststoffextrusionsvorrichtung 12 stellt einen plastifizierten Kunststoffstrang 20 bereit, der in dem Werkzeugkopf 10 aus einer ersten Austrittsöffnung 13 austritt. Der Werkzeugkopf 10 wird von einem nicht dargestellten Industrieroboter über das Fahrzeugbauteil 2 geführt, dargestellt durch den Pfeil in 1. Der austretende plastifizierte Kunststoffstrang 20 legt sich auf dem Bauteil 2 ab. Aus dem Werkzeugkopf 10 tritt an einer zweiten Austrittsöffnung 15 ein Leitungskörper 40 aus. Dieser wird von der Leitungskörpervorschubeinrichtung 12 von einer nicht dargestellten Spule in den Werkzeugkopf 10 und dort zu der zweiten Austrittsöffnung 15 transportiert. Der Leitungskörper 40 wird gegen ein Führungselement 16 in Form einer abfallenden Rampe gefördert, welche den Leitungskörper 40 in Richtung auf den Kunststoffstrang 20 umgelenkt. Der Leitungskörper 40 verlässt das Führungselement 16 in einem spitzen Winkel oder aber im Wesentlichen parallel zur Bauteiloberfläche und wird in dem noch plastifizierten Kunststoffmaterial eingebettet. Nach der Konsolidierung des Kunststoffstranges 20 ist der Leitungskörper 40 mittels des Materials des Kunststoffstranges 20 mit dem Fahrzeugbauteil 2 fest verbunden. Zudem kann der Kunststoffstrang 20 den Leitungskörper 40 vollständig ummanteln und eine elektrische Isolierung oder umlaufende Mantelfläche darstellen.
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Ein zweites beispielhaftes Werkzeug 1A ist in 2 dargestellt. Dieses entspricht weitgehend dem Werkzeug 1 von 1, insofern bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und die Ausführungen zu 1 gelten entsprechend. Das Werkzeug 1 A weist darüber hinaus eine Bauteilzuführvorrichtung 17 in Form eines LED-Feeders auf. Die Bauteilzuführvorrichtung 17 ist in den Werkzeugkopf 10 integriert und gibt an einer Bauteilausgabeöffnung 18 einzelne Bauteile 50 in Form von LEDs aus. Vorzugsweise sind die Bauteilausgabeöffnung 18, sowie die erste und zweite Austrittsöffnung 13, 15 auf einer in der Zeichungsebene liegenden gemeinsamen Achse angeordnet. Die LEDs werden aus der Bauteilausgabeöffnung 18 ausgegeben und auf dem Bauteil 2 platziert und nachfolgend durch den Kunststoffstrang 20, welcher aus der ersten Austrittsöffnung 13 gefördert wird, mit dem Fahrzeugbauteil 2 verbunden. Gleichzeitig kann in dem Verfahren der Leitungskörper 40 mit in den Kunststoffstrang 20 eingelegt und fixiert werden. Der Leitungskörper 40 wird vorzugsweise so positioniert, dass er die LED 50 kontaktiert. Leitungskörper 40 und Kunststoffstrang 20 bilden dann eine Anschlussleitung für die LED.
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3 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeugbauteil 2A auf dem mit dem Werkzeug aus 2 eine Leitung montiert wurde. Auf dem Fahrzeugbauteil 2A ist ein elektronisches Bauteil 50 in Form einer LED angeordnet und mittels des Leitungskörpers 40 mit einem Anschlusselement 60 elektrisch leitfähig verbunden. LED 50 und Leitungskörper 40 sind in den Kunststoffstrang 20 eingebettet, der diese auf dem Fahrzeugbauteil 2A fixiert. Das Anschlusselement 60 kann z.B. ein Stecker sein, an dem ein Kabel eines herkömmlichen Kabelbaums angeschlossen werden kann. Das Werkzeug und das Verfahren ermöglichen die Montage einer Leitung auch an dreidimensional komplex geformten Bauteiloberflächen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A
- Werkzeug
- 2, 2A
- Fahrzeugbauteil
- 10
- Werkzeugkopf
- 12
- Kunststoffextrusionsvorrichtung
- 13
- erste Austrittsöffnung
- 14
- Leitungskörpervorschubeinrichtung
- 15
- zweite Autrittsöffnung
- 16
- Führungselement
- 17
- Bauteilzuführvorrichtung
- 18
- Bauteilausgabeöffnung
- 20
- Kunststoffstrang
- 40
- Leitungskörper
- 50
- Bauteil
- 60
- Anschlusselement
