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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Außenhaut- und/oder Funktionsbauteils an einem Space-frame eines Fahrzeugs.
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Leichtbau ist schon seit Jahren ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Automobilen. Auf Grund gestiegener Sicherheits- und Komfortansprüche wurden Autos in den letzten Jahren immer schwerer. Dadurch wurde es nötig, immer stärkere Motoren zu verwenden, die wiederum mehr Kraftstoff verbrauchen. Diesem Trend versucht man durch verschiedene Leichtbaukonzepte entgegenzuwirken. Ein Ansatz dazu ist die Verwendung eines Space-frames. Ein Space-frame stellt quasi das Skelett eines Fahrzeugs dar, an dem Außenhautteile befestigt werden. Nachteiligerweise weist ein solcher Space-frame insbesondere bei größeren Personenkraftfahrzeugen relativ hohe Toleranzen auf, da die einzelnen Profile, aus denen der Space-frame zusammengesetzt ist, bereits relativ hohe Toleranzen aufweisen. Diese Toleranzen des Space-frames sind unerwünschterweise an dem Fahrzeug von außen sichtbar, da die Außenhautteile an dem toleranzbehafteten Space-frame angebracht sind.
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Um diese Toleranzen zu vermeiden, ist es bekannt, einen Space-frame aus den einzelnen Profilen zusammen zu schrauben, und nicht zusammen zu schweißen. Beim Schrauben kann beispielsweise mit Hilfe von Langlöchern ein Toleranzausgleich stattfinden. Allerdings weist der geschraubte Space-frame nachteiligerweise eine geringere Steifigkeit als ein geschweißter Space-frame auf.
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Ferner ist es bekannt, die einzelnen Profile vor dem Zusammenbau zum Space-frame zu kalibrieren. Nach dem Kalibrieren sind die Toleranzen der Profile so gering, dass sie unerheblich sind. Dies ist allerdings aus wirtschaftlichen Gründen nur bei hohen Stückzahlen sinnvoll.
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Aus der
US 4,735,355 ist bereits ein Verfahren zur Befestigung eines Außenhautbauteils an einem geschweißten Space-frame eines Fahrzeugs bekannt, umfassend folgende Schritte: Aufschweißen von mindestens einem Abstandshalter auf den Space-frame, materialabtragendes Bearbeiten des Abstandshalters und Anbringen des Außenhautbauteils an dem Abstandshalter.
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Ferner ist aus der
WO 97/42069 A1 ein Rahmen bekannt, der aus einzelnen Bauteilen besteht, die entlang von Anlageflächen miteinander verbunden sind. Die Bauteile bilden Baugruppen, innerhalb derer die Anlageflächen in einer Schar paralleler Ebenen verlaufen, wobei vor dem Verbinden der Bauteile ein Toleranzausgleich in der Ebene der jeweiligen Anlagefläche erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Befestigung von Außenhautteilen an einem geschweißten Space-frame zu schaffen, wobei Toleranzen des Space-frames kompensiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Patentanspruch 3 ist ein ähnliches Verfahren zur Befestigung eines Funktionsbauteils an einem geschweißten Space-frame angegeben.
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Gemäß Patentanspruch 1 besteht ein Verfahren zur Befestigung eines Außenhautbauteils an einem geschweißten Space-frame eines Fahrzeugs zumindest aus folgenden Schritten:
- a) Aufschweißen von mindestens einem Abstandshalter auf den Space-frame: Der Abstandshalter kann dabei entweder nachträglich an den Space-frame angeschweißt werden oder unmittelbar während des Herstellprozesses des eigentlichen Space-frames.
- b) Materialabtragendes Bearbeiten des Abstandshalters, sodass die später dem Außenhautbauteil zugewandte Seite des Abstandhalters ein vorgegebenes Sollmaß unabhängig von möglichen Toleranzen des Space-frames aufweist: Die Bearbeitung kann beispielsweise durch Fräsen, Stoßen, Erodieren, etc. erfolgen. Zum Bearbeiten der Abstandshalter wird der Space-frame an Federstützen gespannt.
- c) Anbringen des Außenhautbauteils an dem Abstandshalter: Das Außenhautbauteil kann vorteilhafterweise ein Kotflügel, ein Dachseitenrahmen eine Verkleidung einer B-Säule und/oder ein Dach sein.
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Gemäß Patentanspruch 3 besteht ein Verfahren zur Befestigung eines Funktionsbauteils an einem Space-frame eines Fahrzeugs aus zumindest folgenden Schritten:
- a) Aufschweißen von mindestens einem Abstandshalter auf den Space-frame: Der Abstandshalter kann dabei entweder nachträglich an den Space-frame angeschweißt werden oder während des Herstellprozesses des eigentlichen Space-frames.
- b) Materialabtragendes Bearbeiten des Abstandshalters, sodass die später dem Funktionsbauteil zugewandte Seite des Abstandshalters ein vorgegebenes Sollmaß unabhängig von möglichen Toleranzen des Space-frames aufweist: Die Bearbeitung kann beispielsweise durch Fräsen, Stoßen, Erodieren, etc. erfolgen.
- c) Anbringen des Funktionsbauteils an dem Abstandshalter: Das Funktionsbauteil kann günstigerweise eine Scharnieraufnahme und/oder eine Achsaufnahme sein.
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Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen es, dass selbst bei großen Space-frames die damit verbundenen Toleranzen keine Auswirkung auf die daran befestigten Außenhaut- und/oder Funktionsbauteile haben. Das optische Erscheinungsbild wird auch bei großen Toleranzen des Space-frames nicht beeinträchtigt. Die Verfahren sind vor allem für hochwertige Fahrzeuge mit einer kleinen Stückzahl von Interesse, da es aufgrund der Werkzeugkosten sehr kostenintensiv wäre, die Profile des Space-frames zu kalibrieren.
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Zumindest ein Abstandshalter weist idealerweise zumindest eine Bohrung zur Befestigung des Außenhaut- bzw. Funktionsbauteils auf. Die Bohrung, die auch eine Gewindebohrung sein kann, ermöglicht eine schnelle und einfache Befestigung beispielsweise mit einem Bolzen, mit einer Schraube, etc. Die Bohrung und das Gewindeschneiden erfolgt idealerweise während der materialabtragenden Bearbeitung des Abstandshalters.
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Zum Bearbeiten der Abstandshalter muss der Space-frame in irgendeiner Form aufgenommen und/oder gespannt werden. Dabei wird sich der Space-frame zwischen den einzelnen Aufnahmen und/oder Spannern immer ein wenig verwinden und/oder durchhängen, da der Space-frame keine völlig steife Struktur darstellt. Um zu vermeiden, dass aufgrund dieses Verwindens und/oder Durchhängens es zu Toleranzen beim Bearbeiten der Abstandshalter kommt, wird der Space-frame vorteilhafterweise an Federstützen gespannt. Die Aufnahme an den Federstützen entspricht der Situation am fertigen Fahrzeug, das über die Federstützen auf den Rädern bzw. Achsen steht. Somit kann ausgeschlossen werden, dass es zu Toleranzen der Außenhaut- bzw. Funktionsbauteile aufgrund von einer ungünstigen Aufnahme des Space-frames beim Bearbeiten der Abstandshalter kommt.
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Der Space-frame und/oder die Abstandshalter bestehen günstigerweise aus einem Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, Magnesium oder eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Aluminium besitzt verglichen mit Stahl nur etwa ein Drittel des Gewichts. Daneben ist es nach Sauerstoff und Silizium das am häufigsten auf der Erde vorkommende Element. Es eignet sich somit hervorragend für den Leichtbau. Die etwas geringere Steifigkeit der im Automobilbau gängigen Leichtmetalle gegenüber Stahl kann durch entsprechend gestaltete Querschnitte und etwas dickere Wandstärken ausgeglichen werden, wobei die Gewichtsvorteile trotzdem groß sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Space-frame Rohkarosserie mit mehreren Abstandshaltern und
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2 eine Ansicht der Rohkarosserie aus 1 von unten.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen eine große Space-frame Rohkarosserie 1 einer Limousine aus Aluminium. Auf den Space-frame wurde an mannigfachen Stellen jeweils ein Abstandshalter 2 ebenfalls aus Aluminium angeschweißt. So ist vorne an der Stirnseite der beiden Motorträger 3 jeweils ein Abstandshalter 2 in Form einer dicken Platte angeschweißt, an die später der Stoßfängerträger angebunden wird. An der A-, B- und C-Säule 4, 5 und 6 sowie am Dachseitenrahmen 7 sind ebenfalls Abstandshalter 2 angebracht, an denen später die jeweiligen Außenhautbauteile befestigt werden. Ferner sind auf der in 2 dargestellten Unterseite des Space-frames 1 im Bereich der Achsen und des Antriebsstrangs weitere Abstandshalter 2 angebracht, an denen später die sogenannten Funktionsbauteile, wie z. B. Achsen und Antriebsstrang, verschraubt werden.
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Alle diese Abstandshalter 2 sind an den Space-frame 1 angeschweißt. Bevor die jeweiligen Funktions- bzw. Außenhautbauteile an diesen Abstandshaltern 2 angebracht werden, wird der ganze Space-frame 1 mit den angeschweißten Abstandshaltern 2 in einem CNC-Bearbeitungszentrum an den Federstützen 8 gespannt. In diesem CNC-Bearbeitungszentrum werden alle Abstandshalter 2 auf Sollmaß abgefräst. Dadurch weisen die überfrästen Flächen der Abstandshalter 2 unabhängig von Toleranzen des Space-frames 1 annähernd das jeweilige Idealmaß auf. Ferner werden in dem CNC-Bearbeitungszentrum Löcher in manche Abstandshalter 2 gebohrt und teilweise Gewinde geschnitten, sodass die spätere Befestigung der Außenhaut- und Funktionsbauteile an den überfrästen Abstandshaltern schnell und einfach erfolgen kann.
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Da die Flächen der Abstandshalter 2, an denen die Außenhaut- und Funktionsbauteile befestigt werden, so gut wie keine Toleranzen aufweisen, können außerordentlich gute Spaltmaße zwischen den Außenhautteilen erreicht werden. Mögliche Toleranzen des Space-frames 1 wirken sich so optisch überhaupt nicht aus.
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Auch die Anbindung der Funktionsbauteile erfolgt sehr präzise an der vorgebenen Stelle.
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Der Aufbau eines Fahrzeugs mit einem Space-frame 1 und bearbeiteten Abstandshaltern 2 zwischen dem Space-frame 1 und Außenhaut- und/oder Funktionsbauteilen ermöglicht die Herstellung sehr hochwertiger Fahrzeuge. Es ist allerdings mit relativ hohen Kosten verbunden, die aber insbesondere bei kleinen Stückzahlen Sinn machen, da keine teuren Blechumformwerkzeuge oder Werkzeuge zum Kalibrieren der einzelnen Profile, aus dem der Space-frame 1 zusammengesetzt ist, erforderlich sind.
