DE102021115978A1

DE102021115978A1 - Spannvorrichtung für eine Fügestation

Info

Publication number: DE102021115978A1
Application number: DE102021115978.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Zink
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Fügestation zum Fügen von Karosseriebauteilen (1, 3), mit Stützelementen (9), auf denen zu fügende Karosseriebauteile (1, 3) als loser Bauteilverbund (33) in einer Fügeposition ablegbar sind, und mit zumindest einer Spannbacke (15), die den Bauteilverbund (33) zur Lagesicherung mit einer vordefinierten Spannkraft (Fs) gegen die Stützelemente (9) drückt. Erfindungsgemäß weist die Spannbacke (15) zumindest eine Innendruckkammer (27) auf, die unter Aufbau der Spannkraft (Fs) mittels einer Druckquelle (21) mit Druck beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Fügestation zum Fügen von Karosseriebauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Fügen solcher Karosseriebauteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Im Karosseriebau eines fahrzeugbauenden Werks werden Karosseriebauteile entlang einer Fertigungsstraße in unterschiedlichen Fügestationen zusammengebaut. Beispielhaft werden in einer Schweißstation Karosseriebauteile mit Hilfe robotergesteuerter Transfereinheiten in einer Spannvorrichtung abgelegt und mit Hilfe von Punktschweißzangen miteinander verschweißt.
In einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung für eine solche Fügestation werden die Karosseriebauteile zunächst robotergestützt als loser Bauteilverbund in lagerichtiger Fügeposition auf Stützelemente abgelegt. Die Spannvorrichtung weist zumindest eine Spannbacke auf. Dieser drückt den losen Bauteilverbund zur Lagesicherung mit einer vordefinierten Spannkraft gegen die Stützelemente.
Aufgrund von Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen kann von der Spannbacke eine übermäßig große Krafteinleitung in den Bauteilverbund erfolgen. Dies kann zu einer Beschädigung des Bauteilverbunds, wie etwa Abzeichnungen und/oder Marken, führen.
Aus der EP 3 341 189 B1 ist ein aufblasbarer Träger bekannt. Aus der EP 0 103 270 B1 ist eine Spannbacke für Aufspannvorrichtungen bekannt. Aus der DE 10 2012 209 077 A1 ist eine Spanneinrichtung zum Einspannen eines stabartigen Werkstückes bekannt. Aus der DE 201 16 923 U1 ist ein Luftspannfutter bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Spannvorrichtung für eine Fügestation zum Fügen von Karosseriebauteilen bereitzustellen, bei der die zu fügenden Karosseriebauteile im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise einwandfrei festspannbar sind.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einer Spannvorrichtung für eine Fügestation zum Fügen von Karosseriebauteilen aus. Die Spannvorrichtung weist Stützelemente auf, auf denen die zu fügenden Karosseriebauteile als loser Bauteilverbund in einer lagerichtigen Fügeposition abgelegt werden. Zudem weist die Spannvorrichtung zumindest eine Spannbacke auf. Die Spannbacke drückt den Bauteilverbund zur Lagersicherung mit einer vordefinierten Spannkraft gegen die Stützelemente. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Spannbacke zumindest eine Innendruckkammer auf. Diese kann unter Aufbau der vordefinierten Spannkraft mit Hilfe einer Druckquelle mit Druck beaufschlagt werden.
Erfindungsgemäß wird daher die im Stand der Technik bekannte, bauteilsteife Spannbacke durch ein flexibles Element ersetzt. Dieses flexible Element bildet die zu spannende Fläche nur grob ab. Durch Druckbeaufschlagung seiner Innendruckkammer legt sich das flexible Element an den Bauteilverbund an und bildet dessen Form ab. Die vordefinierte Spannkraft wird durch Druckbeaufschlagung des flexiblen Elements erzeugt. Auf diese Weise kann der Bauteilverbund über die gesamte Spannfläche gleichmäßig belastet werden, wodurch Bauteilbeschädigungen, etwa Abzeichnungen und/oder Marken vermieden werden können. Die Spannkraft kann durch den Innendruck gesteuert werden. Durch eine ausreichende Verformbarkeit des geometrieabbildenden, flexiblen Elements können zudem größere geometrische Spreizungen im Konturverlauf des zu spannenden Bauteilverbunds abgebildet werden. Zudem können ohne Spannbacken-Wechsel unterschiedlich konturierte Karosseriebauteile verspannt werden.
In einer technischen Umsetzung kann die Innendruckkammer der Spannbacke mit einem geeigneten flüssigen oder gasförmigen Druckmedium beaufschlagt sein. Bevorzugt ist die Innendruckkammer der Spannbacke in einer Pneumatikeinheit eingebunden, mittels der die Innendruckkammer der Spannbacke mit Druckluft beaufschlagbar ist.
Im Hinblick auf eine beschädigungsfreie Anpassung der Spannbacke an den Konturverlauf des Bauteilverbunds ist es bevorzugt, wenn die Spannbacke ein Elastomer-Hohlkörper ist. Dieser kann bevorzugt nach Art eines Faltenbalgs ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Spannbacke von einer nicht druckbeaufschlagten Nichtgebrauchslage durch Druckbeaufschlagung um einen Zustellhub bis in eine Wirklage hubverstellt werden. In der Wirklage drückt die Spannbacke mit der vordefinierten Spannkraft gegen den Bauteilverbund. Umgekehrt kann bei Druckentlastung der faltenbalgartige Elastomer-Hohlkörper sich um einen Reversierhub von seiner Wirklage bis in seine Nichtgebrauchslage rückstellen.
Im Hinblick auf eine großflächige Anpassung der Spannbacke an den Konturverlauf des Bauteilverbunds ist es bevorzugt, wenn die Kontaktfläche der Spannbacke ausreichend nachgiebig ausgebildet ist.
Bevorzugt kann der Spannbacke ein Druckbegrenzer zugeordnet sein. Dieser kann einen Druckaufbau in der Spannbacke-Innendruckkammer auf einen maximalen Druckwert begrenzen, der mit der vordefinierten Spannkraft korreliert. Auf diese Weise ist eine übermäßig große Krafteinleitung von der Spannbacke in den Bauteilverbund vermieden.
Die Spannvorrichtung kann einen Spannrahmen aufweisen, an dem sowohl die Stützelemente als auch zumindest eine Spanneinheit angeordnet sind. Die Spanneinheit kann aus einer Antriebseinheit sowie einem Spannarm aufgebaut sein, an dessen freiem Ende die erfindungsgemäße Spannbacke angeordnet ist. Der Spannarm kann mittels der Antriebseinheit zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung verstellt werden. In der Spannarm-Offenstellung können die Karosseriebauteile störkonturfrei auf den Stützelementen der Spannvorrichtung abgelegt werden. In der Spannarm-Geschlossenstellung kann die Spannbacke mit Druck beaufschlagt werden, um in Druckanlage mit dem Bauteilverbund zu kommen.
Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann ohne Spannbacken-Wechsel alternierend zumindest ein erster Bauteilverbund oder ein zweiter Bauteilverbund gefügt werden. Deren Konturverläufe können sich zumindest teilweise voneinander unterscheiden. Beim Festspannen des ersten Bauteilverbunds oder des zweiten Bauteilverbunds kann sich die Spannbacke mit seiner Wirklage selbsttätig den jeweils unterschiedlichen Konturverläufen des ersten oder zweiten Bauteilverbunds anpassen.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Fahrzeug-Seitenstruktur mit daran angeschweißten Abschlussblech;
2 bis 7 jeweils grob schematische Ansichten einer Spannvorrichtung.

In 1 ist eine Seitenstruktur 1 eines Fahrzeugs gezeigt, an deren Heckseite ein Abschlussblech 3 gefügt ist. An das Abschlussblech 3 ist in einem nicht gezeigten Montageprozess eine Heckleuchte montierbar. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, weist die Seitenstruktur 1 eine in etwa horizontal verlaufende Formsicke 39 auf. Diese ist mit einem linienförmigen Sicken-Scheitel 38 ausgebildet, an dem Sicken-Flanken 37 zusammenlaufen. Die Sicken-Flanken 37 spannen einen in der 4 oder 5 gezeigten Sickenwinkel α₁ auf. Die Seitenstruktur 1 geht in der 1 an einer Übergangskante 2 in einen nach fahrzeuginnen abgestellten Blechabschnitt 4 über. Dieser schließt mit einem Seitenstruktur-Fügeflansch 6 ab, der über Schweißpunkte 5 mit einem Abschlussblech-Fügeflansch 8 (2) in Punktschweißverbindung ist.
Die Punktschweißverbindung wird in einer Fügestation durchgeführt, die in den 2 bis 5 grob schematisch insoweit angedeutet ist, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
So weist die Fügestation eine Spannvorrichtung auf, die zum Beispiel aus einem Spannrahmen ausgebildet ist, auf dem eine Mehrzahl von Stützelementen 9 sowie eine Mehrzahl von damit zusammenwirkenden Spanneinheiten 11 angeordnet sind. Die Spanneinheiten 11 sowie die Stützelemente 9 sind an Befestigungsstellen 7 am (nicht gezeigten) Spannrahmen befestigt. Jede Spanneinheit 11 ist in der 2 aus einem Spannarm 13 und einem Spannbacken 15 aufgebaut, der am freien Spannarm-Ende angeordnet ist. Der Spannarm 13 ist mittels einer zum Beispiel pneumatisch arbeitenden Antriebseinrichtung 17 zwischen einer vertikalen (nicht gezeigten) Offenstellung und einer (in den 2 bis 5) gezeigten horizontalen Geschlossenstellung schwenkbar.
Die Spannbacke 15 ist Bestandteil einer Pneumatikeinheit sein. Diese weist gemäß der 4 oder 5 ein Spannbacke-Steuergerät 19, eine Druckluftquelle 21 sowie ein Druckentlastungsventil 23 auf, die in einer Druckentlastungsleitung 26 angeordnet ist. Die Druckluftquelle 21 ist über eine Druckleitung 25 in Verbindung mit einer Innendruckkammer 27 der Spannbacke 15, der flexibel als ein faltenbalgartiger Elastomer-Hohlkörper realisiert ist. Zudem ist der Innendruckkammer 27 ein Druckbegrenzer 29 zugeordnet. Dieser begrenzt einen Druckaufbau in der Innendruckkammer 27 auf einen maximalen Druckwert, der mit einer vordefinierten Spannkraft korreliert.
In einem ersten, nicht gezeigten Prozessschritt werden die Seitenstruktur 1 und das Abschlussblech 3 als separate Karosserieblechteile mit Hilfe einer robotergestützten Transfereinheit auf die Stützelemente 9 der Spannvorrichtung der Fügestation abgelegt. In den 2 oder 3 sind lediglich zwei Stützelemente 9 gezeigt, auf denen das Abschlussblech 3 abgelegt ist, während die Seitenstruktur 1 auf weitere, nicht gezeigte Stützelemente abgelegt ist. Um einen störkonturfreien Ablegevorgang zu gewährleisten, sind die Spannarme 13 in die nicht gezeigte vertikale Offenstellung verstellt.
Nach der lagerichtigen Positionierung des aus der Seitenstruktur 1 und dem Abschlussblech 3 gebildeten Bauteilverbunds 33 auf den Stützelementen 9 werden die Spannarme 13 in ihre horizontale Geschlossenstellung (2) verstellt. In der horizontalen Geschlossenstellung des Spannarms 13 befindet sich die zugeordnete Spannbacke 15 noch in einer nicht druckbeaufschlagten Nichtgebrauchslage N (2 oder 4). In der Nichtgebrauchslage N ist eine Spannbacke-Stirnseite 35 über einen Abstand α₁ von der Oberseite der Seitenstruktur 1 beabstandet.
In einem folgenden Prozessschritt steuert das Spannbacke-Steuergerät 19 die Druckquelle 21 an, um die Innendruckkammer 27 der jeweiligen Spannbacke 15 mit Druckluft zu beaufschlagen. Dadurch dehnt sich die faltenbalgartige Spannbacke 15 von ihrer Nichtgebrauchslage N über einen Zustellhub bis in ihre Wirklage W (3 oder 5) aus. Der Zustellhub ist identisch mit dem Abstand a₁ (4). In der Wirklage W drückt die Spannbacke 15 mit einer vordefinierten Spannkraft Fs (5) gegen den Bauteilverbund 33, das heißt in der 5 gegen die Seitenstruktur 1 des Bauteilverbunds 33. Der Druckaufbau in der Spannbacke-Innendruckkammer 27 ist auf einen maximalen Druckwert begrenzt, der mit der vordefinierten Spannkraft Fs korreliert. Der maximale Druckwert ist derart eingestellt, dass beim Spannvorgang eine Beschädigung der Oberfläche der Seitenstruktur 1, wie etwa Abzeichnungen und/oder Marken, vermieden werden können. Zudem ist die Spannbacke-Stirnseite 35 ausreichend nachgiebig ausgebildet, um sich an den Konturverlauf der Seitenstruktur 1 anzupassen.
Mit der erfindungsgemäßen Spannbacke 15 ist gewährleistet, dass auch bei einer Konturabweichung der Seitenstruktur 1 die Spannbacke 15 stets mit einer einwandfrei bemessenen Spannkraft Fs auf die Seitenstruktur 1 einwirkt.
Beispielhaft kann mit der erfindungsgemäßen Spannbacke 15 nicht nur der in den 1 bis 5 gezeigte Bauteilverbund 33 mit vordefinierter Spannkraft Fs festgespannt werden, sondern alternativ auch der in der 6 und 7 gezeigte zweite Bauteilverbund 33 beschädigungsfrei festgespannt werden. Der zweite Bauteilverbund 33 besteht ebenfalls aus einer Seitenstruktur 1 und einem Abschlussblech 3. Im Unterschied zu den 1 bis 5 weist im zweiten Bauteilverbund 33 die Seitenstruktur 1 eine Formsicke 39 auf, deren Sickenwinkel α₂ kleiner bemessen ist als der Sickenwinkel α₁ der Formsicke 39 im ersten Bauteilverbund 33 (4 oder 5). Abgesehen davon ist die Geometrie der Seitenstruktur 1 und des Abschlussbleches 3 sowohl im ersten als auch im zweiten Bauteilverbund 33 baugleich. Durch den unterschiedlichen Sickenverlauf ist in der 6 der Abstand a₂ zwischen der Spannbacke-Stirnseite 35 und der Oberseite der Seitenstruktur 1 (im Vergleich zum Abstand a₁ in der 4) verkürzt.
Bei Druckbeaufschlagung ihrer Innendruckkammer 27 dehnt sich die jeweilige Spannbacke 15 von ihrer Nichtgebrauchslage N (6) über einen Zustellhub bis in ihre Wirklage W (7) aus. Der Zustellhub ist dabei identisch mit dem Abstand a₂ (6). In der Wirklage W drückt die Spannbacke 15 mit einer vordefinierten Spannkraft Fs (5) gegen die Seitenstruktur 1 des Bauteilverbunds 33. Die von der Spannbacke 15 erzeugte Spannkraft Fs bleibt dabei unabhängig vom Verlauf der Formsicke 39 gleich.
Die erfindungsgemäßen Spannbacken 15 sind somit selbsttätig bis in ihre Wirklage W zustellbar, in der die Spannbacke 15 mit der vordefinierten Spannkraft Fs in Druckanlage mit der Formsicke 39 sowie deren Sickenflanke 37 der Seitenstruktur 1 des Bauteilverbunds 33 sind.
Nach dem Festpannen der beiden Karosseriebauteile 1, 3 folgt ein Punktschweißschritt, bei dem mittels angedeuteter Punktschweißzangen 41 ( 3) die Schweißpunkte 5 gesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Seitenstruktur
2: Übergangskante
3: Abschlussblech
4: abgestellter Blechabschnitt
5: Schweißpunkte
6: Seitenstruktur-Fügeflansch
7: Befestigungsstellen
8: Abschlußblech-Fügeflansch
9: Stützelemente
11: Spanneinheit
13: Spannarm
15: Spannbacken
17: Antriebseinrichtung
19: Spannbacke-Steuergerät
21: Druckluftquelle
23: Druckentlastungsventil
25: Druckleitung
26: Druckentlastungsleitung
27: Innendruckkammer
29: Druckbegrenzer
31: Spannbacke-Stirnseite
33: Bauteilverbund
35: Spannbacke-Stirnseite
37: Sickenflanken
39: Formsicke
41: Punktschweißzange
a1, a2: Abstand
Fs: Spannkraft
N: Nichtgebrauchslage
W: Wirklage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3341189 B1 [0005]
EP 0103270 B1 [0005]
DE 102012209077 A1 [0005]
DE 20116923 U1 [0005]

Claims

Spannvorrichtung für eine Fügestation zum Fügen von Karosseriebauteilen (1, 3), mit Stützelementen (9), auf denen zu fügende Karosseriebauteile (1, 3) als loser Bauteilverbund (33) in einer Fügeposition ablegbar sind, und mit zumindest einer Spannbacke (15), die den Bauteilverbund (33) zur Lagesicherung mit einer vordefinierten Spannkraft (Fs) gegen die Stützelemente (9) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (15) zumindest eine Innendruckkammer (27) aufweist, die unter Aufbau der Spannkraft (Fs) mittels einer Druckquelle (21) mit Druck beaufschlagbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendruckkammer (27) der Spannbacke (15) mit einem geeigneten flüssigen oder gasförmigen Druckmedium beaufschlagbar ist, insbesondere mit Druckluft.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (15) ein Elastomer-Hohlkörper ist, der insbesondere nach Art eines Faltenbalgs gebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (15), insbesondere der faltenbalgartige Elastomer-Hohlkörper, von einer nicht druckbeaufschlagten Nichtgebrauchslage (N) durch Druckbeaufschlagung bis in eine Wirklage (W) hubverstellbar ist, in der die Spannbacke (15) mit der Spannkraft (Fs) gegen den Bauteilverbund (33) drückt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Druckentlastung die Spannbacke (15), insbesondere der faltenbalgartige Elastomer-Hohlkörper, um einen Reversierhub von ihrer Wirklage (W) bis in ihre Nichtgebrauchslage (N) rückstellbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Bauteilverbund (33) in Kontakt bringbare Stirnseite (35) der Spannbacke (15) zur Anpassung an die Kontur des Bauteilverbunds (33) nachgiebig ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbacke (15) ein Druckbegrenzer (29) zugeordnet ist, der einen Druckaufbau in der Spannbacke-Innendruckkammer (27) auf einen maximalen Druckwert begrenzt, der mit der vordefinierten Spannkraft (Fs) korreliert.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (15) an einem Spannarm (13) angeordnet ist, der mittels einer Antriebseinheit (17) zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung verstellbar ist, und dass insbesondere in der Offenstellung des Spannarms (13) die Karosseriebauteile (1, 3) störkonturfrei auf den Stützelementen (9) der Spannvorrichtung ablegbar sind, und in der Geschlossenstellung des Spannarms (13) die Spannbacke (15) mit Druck beaufschlagbar ist, um in Druckanlage mit dem Bauteilverbund (33) zu kommen.
Verfahren zum Fügen von Karosseriebauteilen (1, 3), bei dem in einem ersten Prozessschritt die zu fügenden Karosseriebauteile (1, 3) als loser Bauteilverbund (33) in einer Fügeposition auf Stützelementen (9) einer Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen abgelegt wird, und in einem zweiten Prozessschritt zumindest eine Spannbacke (15) den Bauteilverbund (33) zur Lagesicherung mit einer vordefinierten Spannkraft (Fs) gegen die Stützelemente (9) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (15) zumindest eine Innendruckkammer (27) aufweist, die unter Aufbau der Spannkraft (Fs) mittels einer Druckquelle (21) mit Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren ohne Spannbacken-Wechsel alternativ zumindest ein erster Bauteilverbund (33) oder ein zweiter Bauteilverbund (33) gefügt wird, deren Konturverläufe zumindest teilweise unterschiedlich sind, und dass beim Festspannen des ersten Bauteilverbunds (33) oder des zweiten Bauteilverbunds (33) sich die Spannbacke (15) mit seiner Wirklage (W) selbsttätig den unterschiedlichen Konturverläufen des ersten oder zweiten Bauteilverbunds (33) anpasst.