DE10237775B4 - Verfahren und Montagewerkzeug zum automatischen Fügen von Clips - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, insbesondere zum Verbinden eines Anbauteils mit einem Karosserieteil im Zuge der Fahrzeugmontage,
– wobei das erste Bauteil mindestens einen Clip mit einem Rastelement aufweist,
– und wobei das zweite Bauteil mindestens eine Aussparung aufweist, welche ein Einrasten des Rastelements des Clips ermöglicht,
– bei welchem Verfahren die beiden Bauteile in einer solchen Weise gegenseitig positioniert werden, dass der Clip der Aussparung gegenüberliegt, und in dieser Relativlage mit einer Fügekraft aufeinander gedrückt werden,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Fügekraft mittels eines hydraulisch oder pneumatisch betätigten Kraftgebers (32) aufgebracht wird, der Teil eines teil- oder vollautomatisierbaren Montagewerkzeugs ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Clips in eine Aussparung in einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Montagewerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
• In der Automobilindustrie werden zur Anbindung von Anbauteilen an Karosserieteile – insbesondere im Innenraum von Fahrzeugen – vielfach als „Clips" bekannte Halteelemente eingesetzt. Ein solcher Clip ist beispielsweise aus der EP 877 171 B1 bekannt. Der Clip umfaßt einen – in der Regel bolzenförmigen – Grundkörper mit einem Kopfteil, welches an dem Anbauteil befestigbar ist, und mit einem zulaufenden Ende, das in eine Aussparung des Karosserieteils eingeführt wird. Weiterhin weist der Clip Rastelemente auf, welche in der Regel auf dem Umfang des Grundkörpers angeordnet sind und welche nach dem ordnungsgemäßen Einführen und Einrasten des Clips in die Aussparung des Karosserieteils die Ränder der Aussparung hintergreifen und somit einen festen Sitz des Clip in der Aussparung sicherstellen.
• Herkömmlicherweise erfolgt das Fügen eines solchen mit Clips versehenen Anbauteils mit der Fahrzeugkarosserie derart, daß ein Werker das Anbauteil ergreift, gegenüber dem Karosserieteil ausrichtet und die Clips per Hand in die entsprechenden Aussparungen hineindrückt. Zum Einrasten der Clips in die Aussparungen übt der Werker in der Regel eine impulsartige Kraft auf das zu fügende Anbauteil aus, indem er im Bereich des zu befestigenden Clips mit der Faust oder der Handfläche auf das Anbau teil schlägt. So ist beispielsweise aus der DE 196 50 925 A1 bekannt, manuell (d.h. mit der Hand oder mit Hilfe eines Hammers) eine impulsartige Kraft auf den Clip auszuüben und ihn dadurch in die Aussparung hineinzutreiben.
• Da viele dieser Anbauteile im schlecht von außen zugänglichen Fahrzeuginneren angebracht werden müssen, bedeutet dies oftmals eine Kraftanstrengung unter ergonomisch ungünstigen Arbeitsbedingungen. Dies führt zu einer hohen körperlichen Belastung des betroffenen Werkers und kann weiterhin Fehlausrichtungen oder Verkantungen des Anbauteils während der Montage zur Folge haben, welche zu bleibenden Schäden und/oder zu einem fehlerhaftem Einrasten der Clips führen können.
• Die Beurteilung, ob ein betreffender Clip ordnungsgemäß in die zugehörige Aussparung eingerastet ist, erfolgt in der Regel „nach Gefühl" bzw. durch Lauschen auf ein „Einrastgeräusch" und unterliegt daher der subjektiven Einschätzung des Werkers. Die Folge sind fehlerhaft oder unvollständig eingerastete Clips, welche im späteren Betrieb des Fahrzeugs störende Klappergeräusche oder eine mangelhafte Fügefestigkeit des Anbauteils zur Folge haben. Diese Problematik wird verschärft durch die Tatsache, daß sich viele Clipverbindungen in schlecht (oder überhaupt nicht) einsehbaren Bereichen des Fahrzeugs befinden, so daß eine Sichtkontrolle des ordnungsgemäßen Einrasten des Clips durch den Werker nicht möglich ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Verfahren zum Clip-Verbinden zweier Bauteile dahingehend zu verbessern, daß das Fügeergebnis reproduzierbar und kontrollierbar ausgeführt werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Montagewerkzeug bereitzustellen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
• Danach werden – nach einer Relativpositionierung der beiden Bauteile derart, daß der Clip des einen Bauteils der Aussparung auf dem anderen Bauteil gegenüberliegt – die beiden Bauteile durch eine mittels eines pneumatischen oder hydraulichen Kraftgebers aufgebrachte Fügekraft aufeinandergedrückt, wobei vorteilhafterweise die Fügekraft gemessen wird. Das Andrücken des ersten Bauteils (beispielsweise des beweglich geführten Anbauteils) gegen das zweite Bauteil (in diesem Falle das stationäre Karosserieteil) bewirkt ein Eindringen des Clip-Grundkörpers in die Aussparung des Karosserieteils und – im Falle eines ordnungsgemäßen Fügeprozesses – ein Einrasten der Clip-Rastelemente. Die Verwendung von pneumatischen und hydraulischen Kraftgebern ermöglicht einerseits hochgenau einstellbare und reproduzierbare Fügekräfte; weiterhin kann durch Verwendung von pneumatischen oder hydraulischen Kraftgebern sichergestellt werden, daß die Kraftausübung reproduzierbar an genau derselben Stelle des Anbauteils stattfindet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit ein teil- oder vollautomatisiertes Fügen von Clipsverbindungen, das von subjektiven Einflüssen (Kraftausübung und Beurteilung des Fügeergebnisses durch den Werker) unabhängig ist und somit ein reproduzierbares, prozeßsicheres Verbinden der Bauteile gewährleistet. Dabei wird das Anbauteil auf einem Handlingsgerät oder einem Industrieroboter gelagert, mit Hilfe dessen auch schwer zugängliche Bereiche im Inneren der Karosserie erreicht werden können, in denen bei Verwendung des herkömmlichen Verfahrens die notwendige Fügekraft vom Werker nur unter ergonomisch sehr ungünstigen Bedingungen (z.B. Überkopfarbeit) aufgebracht werden kann.
• Umfaßt das Anbauteil mehrere Clips, so ergibt sich bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem manuellen Fügen der zusätzliche Vorteil, daß einige bzw. alle Clips gleichzeitig (bzw. innerhalb sehr geringer Zeitintervalle) gefügt werden können. Dadurch kann einerseits eine Zeitersparnis erreicht werden, andererseits kann durch ein simultanes Andrücken aller Clipsbereiche ein Verbiegen bzw. Verwinden des Anbauteils während des Fügens erheblich reduziert bzw. gänzlich vermieden werden; das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Verwendung von Clipsverbindungen auch an spröden bzw. empfindlichen Teilen, welche durch Verwindungen und/oder Verbiegungen beschädigt werden könnten.
• Vorteilhafterweise wird die Fügekraft impulsartig aufgebracht (siehe Anspruch 2); dies imitiert die beim manuellen Fügen der Clips aufgebrachten Kräfte, die in der Regel aus einem Klopfen des betreffendes Bereichs mit der Faust, mit dem Handteller oder mit einem Hammer bestehen. Die Clips sind nämlich in der Regel für ein manuelles Einrasten konstruiert, so daß durch eine impulsartige Fügekraft das beste Fügeergebnis – begleitet von einem vergleichsweise geringen Kraftaufwand – erreicht werden kann.
• Weiterhin ist es zweckmäßig, die Fügekraft lokal im Bereich des Clips aufzubringen. Dadurch wird der zum Fügen notwendige Kraftaufwand minimiert (siehe Anspruch 3). Weiterhin wird durch eine exakt lokalisierte Kraftausübung sichergestellt, daß die Vorschubrichtung des Clips während des Fügens genau parallel zu dem in die Aussparung eindringenden Ende erfolgt, so daß eine Verwindung des Clips, die ansonsten während der impulsartigen Kraftausübung zu einem Bruch (oder sonstigen Schäden) des Clips führen kann, wirkungsvoll unterbunden wird.
• Zweckmäßigerweise wird die während des Fügens durch den Kraftgeber aufgebrachte Fügekraft gemessen (siehe Anspruch 4). Eine Auswertung dieser Kraftmeßdaten gestattet eine Aussage darüber, ob der Fügeprozeß ordnungsgemäß durchlaufen wurde; insbesondere können die Meßdaten eine verläßliche und reproduzierbare Aussage darüber liefern, ob ein festes Einrasten der Clip-Rastelemente in der Aussparung des Karosserieteils erreicht wurde. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle Qualitätsüberprüfung sichergestellt werden, da jede Clipverbindung durch die prozeßbegleitende Kraftmessung sofort auf ihren korrekten Sitz überprüft werden kann. Liegt in einem Bereich eine Fehlverbindung vor, so kann – bei nichterfolgtem Einrasten – durch nochmalige Kraftausübung der betreffende Clip zum Einrasten gebracht werden, oder – bei Vorliegen eines defekten Clips – die Fügestelle durch Ersetzen des defekten Clips durch einen funktionsfähigen Clip – bereits während des Montagevorgangs repariert werden. Auf diese Weise kann die Zahl der aufgrund nicht korrekt gefügter Clips auftretenden Reklamationen (z.B. Klappergeräusche, lose Verkleidungsteile etc.) wirksam reduziert werden.
• Zur Beurteilung des Fügeergebnisses ist es besonders vorteilhaft, den zeitlichen Verlauf der Fügekraft zu messen (Anspruch 5). Dies ermöglicht eine genaue Überprüfung des gesamten Fügeprozesses, aus der Rückschlüsse auf das ordnungsgemäße Einrasten des Clips sowie – im Falle eines nicht ordnungsgemäßen Fügens – auf die mögliche Fehlerursache gezogen werden können.
• Vorteilhafterweise erfolgt nicht nur die Messung, sondern auch die Auswertung der Fügekraft-Messung prozeßbegleitend, so daß eine sofortige Rückmeldung bezüglich der ordnungsgemäß erfolgten Fügeverbindung gewährleistet wird (siehe Anspruch 6).
• Das zum Verbinden der beiden Bauteile zum Einsatz kommende Montagewerkzeug umfaßt einen Kraftgeber zur Ausübung der Fügekräfte (siehe Anspruch 9) und ist mit Ausrichtungsmitteln, beispielsweise Fixierbolzen, Anschlägen oder berührungsfreien Sensoren versehen, die eine reproduzierbare Ausrichtung des Montagewerkzeugs gegenüber dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil sicherstellen. Das Montagewerkzeug ist vorteilhafterweise zusätzlich mit einem Kraftaufnehmer zur Messung der Fügekräfte versehen (siehe Anspruch 11). Eines der Bauteile – in der Regel das Anbauteil – wird dabei in einem beweglichen Montagewerkzeug gehalten, während das andere Bauteil – in der Regel das Karosserieteil – stationär gehalten wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Fügekraft durch einen pneumatischen Aktuator aufgebracht (siehe Anspruch 10). Der Aktuator ist zweckmäßigerweise in einer sol chen Weise auf dem (das Anbauteil haltenden) Montagewerkzeug angeordnet, daß er auf die Außenseite des Anbauteils im Bereich des (auf der Anbauteil-Innenseite befestigten) Clips wirkt. Ein solcher pneumatischer Aktuator übt – durch impulsartige Erhöhung des Gasdrucks – eine impulsartige Kraft auf den ihm gegenüberliegenden Bereich des Anbauteils aus, welche dem manuellen Eindrücken der Clips ähnelt und einen vergleichsweise geringen Kraftaufwand erfordert.
• In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung wird das im Montagewerkzeug fixierte erste Bauteil – beispielsweise das Anbauteil – mit Hilfe eines durch einen Werker bewegten Handlingswerkzeugs gegenüber dem zweiten Bauteil – in diesem Fall dem Karosserieteil – positioniert (siehe Anspruch 7). Das Montagewerkzeug ist mit einer Bauteilaufnahme versehen, welche eine lagegenaue, reproduzierbare Fixierung des Anbauteils gestattet. Weiterhin weist das Montagewerkzeug eine der Zahl der zu fügenden Clips entsprechende Zahl von Kraftgebern auf, die zweckmäßigerweise an den Clips entsprechenden Positionen der Bauteilsaufnahme befestigt sind, um eine lokale Kraftausübung auf die Clips zu gewährleisten. In dieser – teilautomatisierten – Realisierung der Erfindung erfolgt das Positionieren des Anbauteils somit interaktiv durch den Werker, während das Eindrücken der Clips durch Aktivierung der Kraftgeber erfolgt.
• Alternativ zur teilautomatisierten Montage mit Hilfe eines Handlingswerkzeugs kann das Fügen von Anbauteil und Karosseriebauteil mit Hilfe eines Industrieroboters stattfinden, welcher eines der beiden Bauteile – in der Regel das Anbauteil – in einer diesem Teil angepaßten, robotergeführten Montagewerkzeug fixiert und vollautomatisiert in einer solchen Weise gegenüber dem anderen Bauteil – in der Regel dem Karosserieteil – positioniert, daß der auf dem Anbauteil vorgesehene (mindestens eine) Clip der (mindestens einen) Aussparung auf dem Karosseriebauteil gegenüberliegt (siehe Ansprüche 8 und 12). Anschließend wird mit Hilfe des (mindestens einen, der Clipsposition entsprechend auf dem Roboter bzw. dem Montagewerkzeug angeordne ten) Kraftgebers eine Fügekraft auf den Clip ausgeübt, wodurch das zulaufende Ende des Clips in die Aussparung des Karosserieteils hineingedrückt wird.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen:
• 1 eine Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie mit anzufügendem Verkleidungsteil;
• 2 eine perspektivische Ansicht eines Anbauteils (Innen-Verkleidungsteil der Rückwandtür);
• 3 eine schematische Darstellung der Prozeßschritte beim Einrasten eines Clips in eine Aussparung
• 3a: Ausrichten der Clipspitze in der Aussparung;
• 3b: Eindrücken des Clips und Verformung der Rastelemente des Clips durch die Ränder der Aussparung;
• 3b: Eingerasteter Clip;
• 4a: eine schematische Seitenansicht eines Montagewerkzeugs mit einem darin aufgenommenen Anbauteil;
• 4b: eine schematische Seitenansicht des Montagewerkzeugs während dem Anclipsen des im Montagewerkzeug gehaltenen Anbauteils an das Karosserieteil;
• 5: eine Detaildarstellung eines Kraftgebers, dessen Vorschubachse nichtparallel zur Flächennormale des Verkleidungsteils angeordnet ist.
• 1 zeigt eine Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie 1 mit einer Rückwandtür 2' aus Stahlblech, an deren dem Fahrzeuginnenraum 3 zugewandte Seite 4 während der Fahrzeug-Endmontage ein Verkleidungsteil 5' befestigt wird. Die Befestigung erfolgt mit Hilfe einer Clipverbindung. Diese Rückwandtür 2', an der über eine Clipsverbindung ein Verkleidungsteil 5' befestigt ist, stellt ein Ausführungsbeispiel eines Karosseriebauteils 2 dar, das über eine Clipverbindung mit einem Anbauteil 5 verbunden ist. Das Verkleidungsteil 5', welches in 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist, umfaßt eine Platte 6 aus Kunststoff, ein im oberen Bereich der Platte 6 befestigtes Wischermodul 7 mit Wischermotor und Spindel, eine Zusatz-Bremsleuchte 8 sowie ein im unteren Bereich der Platte 6 befestigtes Schloß 9. Auf seiner der Innenseite 4 der Rückwandtür 2' zugewandten Seite 10 weist die Kunststoffplatte 6 des Verkleidungsteils 5' mehrere Schlitze 11 (z.B. Retainer) auf, in die Clips 12 eingeschoben sind. Diese Clips 12 werden im Rahmen der Montage des Verkleidungsteils 5' in entsprechende Aussparungen 13 in das der Karosserieinnenseite 4 zugewandte Innenblech 14 der Rückwandtür 2' eingeführt und dort verrastet. Dieser Einrastvorgang ist schematisch in 3a bis 3c dargestellt, die den Clip 12 und die Aussparung 13 in einer Detaildarstellung in Schnittansicht zeigen.
• Wie aus 3a ersichtlich ist, umfaßt der Clip 12 einen Grundkörper 15 mit einem flächigen Kopfteil 16, welches in einen der Schlitze 11 des Verkleidungsteils 5' eingeschoben ist. Die Form und Breite des Schlitzes 11 ist so dimensioniert, daß der Clip 12 einerseits im Schlitz 11 seitlich verschiebbar ist (Pfeil 17 in 3a) und daß der Kopfteilrand andererseits in einer solchen Weise über den Schlitzrand überkragt, daß der Clip 12 nicht aus dem Schlitz 11 hinausrutschen kann. Das dem Kopfteil 16 gegenüberliegende Ende 18 des Clips 12 ist mit einer zulaufenden Spitze 19 versehen. Weiterhin weist der Clip 12 mehrere (im vorliegenden Fall vier) Rastelemente 20 auf, welche auf dem Umfang des Grundkörpers 15 angeordnet sind. Der Clip 12 besteht aus einem elastischen Werkstoff, so daß die Rastelemen te 20 durch eine seitliche Kraftausübung (wie durch die Pfeile 21 in 3a angedeutet) in Richtung Clipachse 22 hin verbogen werden können und beim Nachlassen dieser Kraft selbsttätig in ihre Ausgangslage zurückfedern. Die Clips 12 sind typischerweise Spritzgußteile aus einem elastischen Kunststoff; sie können auch aus einem metallischen Werkstoff bestehen und sind dann – insbesondere, wenn sie zum Verbinden metallischer Bauteile 2, 5 verwendet werden – mit einer Beschichtung versehen, um Kontaktkorrosion im Berührungsbereich zwischen Clip 12 und Bauteil 2, 5 zu vermeiden.
• Zum Fügen des Anbauteils 5 mit dem Karosserieteil 2 werden zunächst die Clips 12 in die Schlitze 11 des Anbauteils 5 hineingeschoben. Dann wird das Anbauteil 5 so gegenüber dem Karosserieteil 2 positioniert, daß jeder Clip 12 gegenüber der ihm entsprechenden Aussparung 13 des Karosserieteils 2 zu liegen kommt (siehe 3a). Anschließend wird das Anbauteil 5 auf das Karosserieteil 2 zu bewegt (Bewegungsrichtung 23 in 3a), wobei die zulaufende Spitze 19 des Clips 12 in die Aussparung 13 eindringt. Aufgrund der konischen Gestalt der Spitze 19 wird der im Schlitz 11 verschieblich gelagerte Clip 12 dabei in die Aussparung 13 hineingeführt, so daß kleine Ungenauigkeiten in der Lage des Anbauteils 5 gegenüber dem Karosserieteil 2 ausgeglichen werden. Wird das Anbauteil 5 weiter in Richtung Karosserieteil 2 gedrückt, so kommen die Rastelemente 20 in Kontakt mit den Rändern 24 der Aussparung 13 und werden durch diese in Richtung der Clipachse 22 verformt (siehe 3b). Sobald beim weiteren Eindrücken der Clips 12 die Nasen 25 der Rastelemente 20 die Ränder 24 der Aussparung 13 passiert haben, schnappen die Rastelemente 20 elastisch in ihre Ausgangslage zurück, hintergreifen dann die Ränder 24 der Aussparung 13 und ziehen dabei den Clip 12 so weit in die Aussparung 13 hinein, bis ein zwischen Rastelementen 20 und Kopfteil 16 vorgesehener Federteller 26 flächig auf der dem Anbauteil 5 gegenüberliegenden Seite 4 des Karosserieteils 2 aufliegt. Rastelemente 20 und Federteller 26 wirken dabei in einer solchen Weise zusammen, daß der Clip 12 gegenüber dem Karosserieteil 2 verspannt wird und einen festen Sitz in der Aussparung 13 des Karosserieteils 2 hat.
• Zum Einclipsen des Verkleidungsteils 5' an der Rückwandtür 2' muß das Verkleidungsteil 5' von unten an der geöffneten, näherungsweise waagrecht abstehenden Rückwandtür 2' positioniert und anschließend gegen die Rückwandtür 2' gedrückt werden (siehe 1). Dies erfordert – im Falle der manuellen Montage – eine Überkopfmontage, welche impulsartige Kraftbeaufschlagungen in Vertikalrichtung umfaßt und daher ergonomisch sehr ungünstig ist.
• Erfindungsgemäß wird für diese Montage des Verkleidungsteils 5' an die Rückwandtür 2' ein Montagewerkzeug 27 eingesetzt, das in 4a in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt ist. Dieses Montagewerkzeug 27 umfaßt einen Rahmen 28, der an einem Arm eines (beispielsweise sechsachsigen) Industrieroboters 29 befestigt ist und durch diesen bewegt wird. Der Rahmen 28 umfaßt mehrere Unterdruck-Saugnäpfe 31, mit Hilfe derer das Verkleidungsteil 5' in einer definierten Position im Rahmen 28 gehalten wird. Weiterhin sind auf dem Rahmen 28 mehrere Kraftgeber 32 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß je ein Kraftgeber 32 einem Fügebereich 33 auf dem Verkleidungsteil 5' zugeordnet ist, im Bereich dessen sich ein Clip 12 befindet. Die Kraftgeber 32 wirken auf die der Innenseite 10 abgewandte Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5', so daß durch Betätigung der Kraftgeber 32 eine Kraft in Vorschubrichtung 23 der Clips 12 ausgeübt werden kann. Die Kraftgeber 32 sind vorzugsweise in einer solchen Weise auf dem Montagewerkzeug 27 angeordnet, daß ihre Vorschubrichtung 23 – wie in 4a gezeigt – näherungsweise parallel zur Flächennormale der Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5' liegt. Ist der Clip 12 (aufgrund geometrischer Vorgaben) nichtparallel zur Flächennormale der Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5' ausgerichtet, so empfiehlt es sich – wie in der Detaildarstellung der 5 gezeigt – den Kraftgeber 23 in einer solchen Weise auf dem Montagewerkzeug 27 anzuordnen, daß die Vorschubrichtung 23 des Kraftgebers 32 kolli near zur Clipachse 22 ausgerichtet ist; gleichzeitig wird die Stirnseite 38 des Kraftgeberkolbens 37 mit einem Anstellwinkel 50 versehen, der ein flächiges Auftreffen des Kolbens 37 auf der Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5' sicherstellt.
• Im vorliegenden Beispiel sind die Kraftgeber 32 als pneumatische Aktuatoren 34 ausgebildet: Jeder Aktuator 34 umfaßt eine Kolben-Zylinder-Anordnung und ist über ein Steuerventil 35 an eine Druckluftversorgung 36 angebunden; durch Betätigung des Ventils 35 kann der Aktuator 34 impulsförmig mit Druckluft beaufschlagt werden, wodurch der Kolben 37 des Aktuators 34 impulsartig in Richtung des Verkleidungsteils 5' getrieben wird (Pfeil 23 in 4a) und beim Auftreffen auf das Verkleidungsteil 5' eine impulsartige Kraft im Fügebereich 33 ausübt. Diese impulsartige Kraft treibt den Clip in die ihm gegenüberliegende Aussparung 13 des Karosserieteils 2 hinein und bewirkt – wie in 3a bis 3c dargestellt – ein Verrasten des Clips 12 in dieser Aussparung 13. Um dabei eine Beschädigung der dem Kolben 37 gegenüberliegenden Außenfläche 39 des Verkleidungsteils 5' zu vermeiden, kann die Stirnseite 38 des Kolbens 37 mit einem weichen Werkstoff beschichtet sein.
• Jeder Kraftgeber 32 ist mit einem Kraftaufnehmer 40 versehen, mit Hilfe dessen die während der impulsartigen Kraftausübung wirkende Fügekraft gemessen wird. Der Kraftaufnehmer 40 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf dem Kolben 37 des Aktuators 34 angeordnet und mißt somit unmittelbar die seitens des Kolbens 37 auf das Verkleidungsteil 5' ausgeübten Kräfte. Wird der Aktuator 34 mit Druck beaufschlagt, so wird die Stirnseite des Kolbens 37 gegen das Verkleidungsteil 5' gedrückt, wobei die dabei auftretende Druckkraft durch den Kraftaufnehmer 40 gemessen wird. Das Ausgangssignal des Kraftaufnehmers 40 wird (wie in 4a gestrichelt angedeutet) über einen Meßverstärker einer Auswerteeinheit 48 zugeleitet, in der die aufgenommenen Meßwerte weiterverarbeitet werden.
• Zur Montage des Verkleidungsteils 5' an der Rückwandtür 2' wird das Verkleidungsteil 5' zunächst mit Hilfe des an den Roboterarm 29 angeflanschten Montagewerkzeugs 27 aufgenommen (siehe 4a). Hierzu wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verkleidungsteil 5' mit Hilfe des Montagewerkzeugs 27 von einem Warenträger 49 abgehoben, auf dem das Verkleidungsteil 5' dem Roboter 29 in einer wohldefinierten Lage und Ausrichtung dargeboten wird. Um das Verkleidungsteil 5' in einer reproduzierbaren Weise vom Warenträger 49 aufnehmen zu können, ist das Montagewerkzeug 27 schwimmend auf dem Roboterarm 29 gelagert; dies ist in 4a durch die Federn 42 angedeutet. Zur Aufnahme des Verkleidungsteils 5' wird das Montagewerkzeug 27 durch den Roboter 29 zunächst von oben an das Verkleidungsteil 5' herangeführt und dann in definierter Weise seitlich verschoben. Dabei folgt das Montagewerkzeug 27 zunächst der Verschiebebewegung des Roboters 29, bis ein (in 4a schematisch dargestellter) Anschlag 30 des Montagewerkzeugs 27 in Berührungskontakt mit dem Rand 46 des Verkleidungsteils 5' kommt und das Montagewerkzeug 27 – aufgrund seiner schwimmenden Lagerung auf dem Roboter 29 – nun in dieser Lage gegenüber dem Verkleidungsteil 5' verbleibt. Dann wird das Verkleidungsteil 5' durch Aktivierung der Saugnäpfe 31 in dieser Stellung gegenüber dem Rahmen 28 des Montagewerkzeugs 27 fixiert.
• Somit kann das Verkleidungsteil 5' – unabhängig von der genauen Ausrichtung des Stapels 49 – über den Anschlag 30 in einer reproduzierbaren Weise im Montagewerkzeug 27 aufgenommen werden. Im Regelfall sind mehrere Anschläge 30 notwendig, welche in unterschiedlichen Bereichen und Richtungen mit dem Verkleidungsteil 5' zusammenwirken, um eine reproduzierbare Aufnahme des Verkleidungsteil 5' im Montagewerkzeug 27 erreichen zu können.
• Alternativ zu der mechanischen Ausrichtung des Montagewerkzeugs 27 über Anschläge 30 kann das Montagewerkzeug 27 auch berührungsfrei gegenüber dem aufzunehmenden Verkleidungsteil 5' positioniert werden. Hierzu ist das Montagewerkzeug 27 mit einem (in 4a nicht dargestellten, beispielsweise optisch arbei tenden) Positionssensor versehen, aus dessen Meßwerten die Lage und Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber dem Montagewerkzeug 27 und die Abweichungen der momentanen Position von der Sollposition ermittelt wird. Diese Abweichungen gegenüber der Soll-Lage und -Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber dem Montagewerkzeug 27 fließen in einen Regelkreislauf für den Roboter ein, so daß das Montagewerkzeugs 27 durch den Roboter 29 iterativ gegenüber dem Verkleidungsteil 5' verschoben wird, bis das Verkleidungsteil 5' in der gewünschten Ausrichtung aufgenommen werden kann.
• Ist das Verkleidungsteil 5' in der gewünschten Lage und Ausrichtung im Montagewerkzeug 27 fixiert, so wird das Montagewerkzeug 27 mitsamt dem Verkleidungsteil 5' durch den Roboter 29 zur geöffneten Rückwandtür 2' der Karosserie 1 hin verschoben. Das Montagewerkzeug 27 wird dabei in eine solche Lage geschwenkt, daß das Verkleidungsteil 5' der Innenseite 4 der Rückwandtür 2' gegenüberliegt und die Spitzen 19 der Clips 12 durch eine Vorschubbewegung des im Montagewerkzeug 27 gehaltenen Verkleidungsteils 5' in die Aussparungen 13 der Rückwandtür 2' eingeführt werden können (siehe 4b). Sind Rückwandtür 2' und Verkleidungsteil 5' mit geringen Toleranzen behaftet, so kann diese hochgenaue Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber der Rückwandtür 2' mit Hilfe einer fest einprogrammierten CNC-Bahn des Roboters 29 erreicht werden. Andernfalls ist anschließend an die Verfahr- und Schwenkbewegung eine weitere Justierung des das Verkleidungsteil 5' tragenden Montagewerkzeugs 27 gegenüber der Rückwandtür 2' notwendig. Hierzu ist das Montagewerkzeug 27 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit mehreren (in der Regel mindestens zwei) ausfahrbaren, konisch geformten Fixierbolzen 43 versehen, deren Spitzen bei Annäherung an die Rückwandtür 2' in kreisförmige Fixierlöcher 44 auf der Rückwandtür 2' einrasten. Die Fixierbolzen 43 und die Fixierlöcher 44 sind so dimensioniert, daß beim Abfahren der fest einprogrammierten CNC-Bahnbewegung des Roboters 29 die Spitzen der Fixierbolzen 43 – auch bei den größten auftretenden maßlichen Ungenauigkeiten bzw. Positionierungenauigkeiten der Karosserie 1 bzw. der Rückwandtür 2' – immer prozeßsicher in den Fixierlöchern 44 auftreffen. Aufgrund der schwimmenden Lagerung 42 des Montagewerkzeugs 27 auf dem Roboterarm 29 folgt das Montagewerkzeugs 27 beim Vorschub in Richtung Rückwandtür 2' der Führung durch die Fixierlöcher 44. Dabei dringen die konischen Fixierbolzen 43 nämlich immer tiefer in die Fixierlöcher 44 ein und richten dabei das schwimmend gelagerte Montagewerkzeug 27 gegenüber der Rückwandtür 2' aus.
• Alternativ zur Ausrichtung des Montagewerkzeugs 27 mit Hilfe von Fixierbolzen 43 kann das Montagewerkzeug 27 auch durch (in 4b nicht gezeigte) Anschläge positioniert werden, welche das Montagewerkzeug 27 z.B. gegenüber der Innenseite 4 bzw. den Rändern der Rückwandtür 2' ausrichten. Weiterhin kann die Positionierung des Montagewerkzeugs 27 gegenüber Rückwandtür 2' anstelle des taktilen Andockens auch mittels eines berührungslos arbeitenden, insbesondere optischen, Sensors 41 erfolgen, mit Hilfe dessen die Position der Rückwandtür 2' relativ zum Montagewerkzeug 27 ermittelt wird; dieser Sensor ist in 4b gestrichelt angedeutet. Unter Benutzung der Meßwerte dieses Sensors 41 wird das Montagewerkzeug 27 geregelt in eine solche Ausrichtung gebracht, daß die Clips 12 des Verkleidungsteils 5' den Aussparungen 13 der Rückwandtür 2' gegenüberliegen.
• Nebenbei bemerkt ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Spitzen 19 der Clips 12 hochgenau zu den Mittellagen der Aussparungen 13 ausgerichtet sind. Wie in 3a bis 3c dargestellt, reicht es vielmehr aus, wenn die Spitzen 18 der Clips 12 in die Aussparungen 13 eindringen, da die Clips 12 – wie oben beschrieben – mit Spiel in den Schlitzen 11 des Verkleidungsteils 5' gehalten werden, so daß die Clips 12 kleine Verschiebungen durchführen können und beim Eindringen in die zugehörige Aussparung 13 hochgenau ausgerichtet werden.
• Ist das Verkleidungsteil 5' in der richtigen Ausrichtung gegenüber der Rückwandtür 2' positioniert, so werden (gleichzeitig oder nacheinander) die Kraftgeber 32 aktiviert, die dann einen impulsartigen Druck auf die ihnen gegenüberliegenden Fügebereiche 33 ausüben und dadurch die Clips 12 in die ihnen gegenüberliegenden Aussparungen 13 der Rückwandtür 2' hineintreiben. Die Betätigung der Steuerventile 35, über die den Aktuatoren 34 die Druckluft zugeführt wird, erfolgt mit Hilfe einer Steuereinheit 47, welche an die Steuereinheit des Roboters 29 gekoppelt sein kann, um einen vollautomatischen Prozeßablauf zu ermöglichen. Während des Eindrückens der Clips 12 wird die Rückwandtür 2' mit Hilfe eines externen Fixierrahmens 45 lagegesichert, um den Stoß der Kraftgeber 32 aufzufangen und ein Zurückweichen der Rückwandtür 2' als Ganzes zu verhindern.
• Die durch die pneumatischen Aktuatoren 34 bewirkte impulsartige Kraftausübung ähnelt dem impulsartigen Druck, mit dem im Falle der manuellen Montage ein Werker das mit Clips 12 versehene Anbauteil 5 gegenüber dem Karosserieteil 2 fixiert. Durch eine möglichst kurzzeitige, impulsartige Kraftausübung kann die zum Einrasten des Clips 12 in das Karosserieteil 2 notwendige Kraft minimiert werden. Dadurch sind – gegenüber einer konstanten Kraftausübung – die auf den Roboter 29 und den Fixierrahmen 45 wirkenden Kräfte und Gegenkräfte stark reduziert. Alternativ zu einem pneumatischen Aktuator 34 kann der Kraftgeber 32 auch hydraulisch betrieben werden; in diesem Fall wird der Kolben 37 mit Hilfe eines druckbeaufschlagten Fluids gegen den Fügebereich 33 des Verkleidungsteils 5' gepreßt. Weiterhin kann der Kraftgeber 32 auch mechanisch – insbesondere mit Hilfe einer vorgespannten mechanischen Feder – betrieben werden.
• Prozeßbegleitend zum Fügen jedes Clips 12 wird unter Verwendung der auf den Kraftgebern 32 angeordneten Kraftaufnehmern 40 der zeitliche Verlauf der Kräfte gemessen, die während des Eindrücken des Clips 12 auf den Kolben 37 des Aktuators 34 wirken. Dieser zeitliche Kraftverlauf wird prozeßbegleitend mit Hilfe der Auswerteeinheit 48 ausgewertet, um eine schnelle Rückmeldung darüber zu erhalten, ob der betreffende Clip 12 ordnungsgemäß in die Aussparung 13 eingeführt und mit ihr verrastet wurde. Hierzu werden die gemessenen Kraftverläufe unter Verwen dung von Filterfunktionen auf vorgegebene Charakteristika untersucht; so ist beispielsweise ein schneller Kraftanstieg (aufgrund des Verformens der Rastelemente 20 durch die Ränder 24 der Aussparungen 13), gefolgt von einem schnelle Kraftabfall (aufgrund der Entspannung der Rastelement-Nasen 25 nach Passieren der Aussparungen 13) ein Indiz für ein ordnungsgemäßes Rückschnappen der Rastelemente 20 beim Eindrücken des Clips 12. Die Messung der Kraftverläufe – gemeinsam mit einer automatischen prozeßbegleitenden Auswertung – gestatten somit eine schnelle Beurteilung jedes einzelnen eingedrückten Clips als „gutes Fügeergebnis" bzw. als „schlechtes Fügeergebnis".
• Neben dem oben beschriebenen vollautomatischen Fügen der Clips mit Hilfe eines robotergeführten Montagewerkzeugs 27 kann das Montagewerkzeug 27 auch auf einem werkergeführten Handlingsgerät montiert sein. In diesem Fall wird das Verkleidungsteil 5' zunächst werkergesteuert in das Montagewerkzeug 27 aufgenommen, indem ein Werker das Verkleidungsteil 5' beispielsweise manuell in der gewünschten Ausrichtung in das Montagewerkzeug 27 einlegt und fixiert. Anschließend wird das auf dem Handlingsgerät befestigte Montagewerkzeug 27 mit dem Verkleidungsteil 5' von dem Werker manuell in der gewünschten Lage gegenüber der Rückwandtür 2' ausgerichtet, wobei zur lagegenauen Positionierung – analog zur vollautomatischen Montage – die Fixierbolzen 43 und Fixierlöcher 44 verwendet werden können. Ist das Montagewerkzeug 27 ordnungsgemäß positioniert, so werden seitens des Werkers manuell die Kraftgeber 32 ausgelöst, welche durch Ausübung einer Druckkraft die Clipse 12 in die Aussparungen 13 drücken. Die Aktivierung der Kraftgeber 32 kann entweder einzeln nacheinander oder zeitlich gemeinsam erfolgen. Um den dabei auf das Montagewerkzeug 27 wirkenden Rückstoß aufzufangen, ist es zweckmäßig, das Montagewerkzeug 27 – beispielsweise über Spannhaken – an die Rückwandtür 2' oder an einen die Rückwandtür 2' stützenden Fixierrahmen 45 zu koppeln. Weiterhin kann auch in diesem Fall durch prozeßbegleitende Messung der durch die Kraftgeber 32 aufgebrachten Kräfte eine sofortige Rückmeldung über das Fügeergebnis erhalten werden.
• Die bisherige Beschreibung konzentriert sich auf das Fügen einer Rückwandtür-Innenverkleidung 5' mit der Rückwandtür 2'. Jedoch ist die Erfindung gleichermaßen auf das Verbinden beliebiger Bauteile 2,5 mit Hilfe von Clipsverbindungen übertragbar.

Claims (12)

1. Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, insbesondere zum Verbinden eines Anbauteils mit einem Karosserieteil im Zuge der Fahrzeugmontage, – wobei das erste Bauteil mindestens einen Clip mit einem Rastelement aufweist, – und wobei das zweite Bauteil mindestens eine Aussparung aufweist, welche ein Einrasten des Rastelements des Clips ermöglicht, – bei welchem Verfahren die beiden Bauteile in einer solchen Weise gegenseitig positioniert werden, dass der Clip der Aussparung gegenüberliegt, und in dieser Relativlage mit einer Fügekraft aufeinander gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Fügekraft mittels eines hydraulisch oder pneumatisch betätigten Kraftgebers (32) aufgebracht wird, der Teil eines teil- oder vollautomatisierbaren Montagewerkzeugs ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekraft impulsartig aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekraft im Bereich (33) des Clips (12) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekraft gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Fügekraft gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekraftmessung prozesssynchron ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Bauteile (2,5) teilautomatisiert, insbesondere mit Hilfe eines mittels eines Handlingswerkzeugs bewegbaren Montagewerkzeugs (27), erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Bauteile (2,5) vollautomatisiert, insbesondere mit Hilfe eines mittels Industrieroboters (29) bewegten Montagewerkzeugs (27), erfolgt.
9. Montagewerkzeug zum Verbinden zweier Bauteile, insbesondere zum Verbinden eines Anbauteils mit einem Karosserieteil im Zuge der Fahrzeugmontage, – wobei das erste Bauteil mindestens einen Clip mit einem Rastelement aufweist, während das zweite Bauteil mindestens eine Aussparung zum Einrasten des Rastelements des Clips aufweist, – wobei das Montagewerkzeug (27) einen Kraftgeber (32) zur Ausübung einer Fügekraft auf die dem Clips (12) gegenüberliegende Sichtseite (39) des ersten Bauteils (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Montagewerkzeug (27) Mittel (30,43,41) zur reproduzierbaren Ausrichtung des Montagewerkzeugs (27) gegenüber dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil (5,2), insbesondere Fixierbolzen (43) und/oder Anschläge (30) und/oder berührungslos arbeitende Sensoren (41), aufweist.
10. Montagewerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftgeber (32) durch einen pneumatischen Aktuator (34) gebildet ist.
11. Montagewerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug (27) einen Kraftaufnehmer (40) zur Messung der Fügekraft umfasst.
12. Montagewerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug (27) auf einem Industrieroboter (29) montiert ist.