DE19515038C2 - Verfahren zur Herstellung eines Referenzmodells für Oberflächen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Referenzmodells für Oberflächen, insbesondere zur Anwendung in der Automo­ bilindustrie zur Herstellung eines Referenzmodells für Oberflächen von Automo­ bilkarosserien.

Ein Referenzmodell des angegebenen Typs basiert auf einer getreuen Nachbil­ dung der externen Oberflächen eines Automobils. Von diesem Modell werden die Daten zur Herstellung der verschiedenen Teile oder Komponenten erhalten, die die externe Oberfläche des Automobils definieren. Aus diesem Grund müssen die Referenz- bzw. Kontrollmodelle des angegebenen Typs eine große Stabilität hin­ sichtlich ihrer Dimensionen über einen langen Zeitraum und eine perfekte Bear­ beitung der Oberfläche aufweisen.

Diese Datensteuerungsmodelle, die gegenwärtig von den Automobilherstellern gebaut werden, weisen einige gemeinsame Eigenschaften auf: Sie sind aus einer Basis gebildet, auf der die mechanisch bzw. fertig zu bearbeitenden Blöcke eines jeden Stücks angeordnet sind, die die externen Oberflächen des Automobils bil­ den.

Die Basis ist aus Strukturprofilen zusammengesetzt, die aus geschweißtem Stahl bestehen oder aus Aluminiumguss. Die mechanisch bzw. fertig zu bearbeitenden Blöcke sind in der Mehrzahl der Fälle massiv und bestehen aus Polyurethanharz.

In einigen Fällen sind sie aus einem Kern eines Wabenpaneels und einem Körper auf der Basis der mechanisch bearbeitbaren Blöcke gebildet, die mit Polyesterharz verleimt bzw. verklebt sind. In dem am meisten verwendeten Herstellungsprozess geht man von einer magnetbandgespeicherten Information der Modelte der darzu­ stellenden Oberfläche ("CAD-Band") aus, wobei das Programm der mechani­ schen Bearbeitung bzw. der Fertigbearbeitung der Oberfläche durchgeführt wird und wobei das Informatikmodell zur Schaffung der notwendigen abschnittsweisen Formrohlinge angewendet wird, um das physische Referenzmodell zu erstellen. In der Werkstatt werden die mechanisch bzw. fertig zu bearbeitenden Blöcke mittels der Formrohlinge vorbereitet, wobei diese Blöcke im Allgemeinen aus Polyu­ rethanharz bestehen. Die mechanisch bzw. fertig zu bearbeitenden Blöcke werden mit Verankerungen zu ihrer Montage auf der Basis versehen. In der Folge werden die Blöcke der mechanischen Bearbeitung bzw. der Fertigbearbeitung zugeführt und, soweit notwendig, werden die Blöcke manuell fertig bearbeitet, um kleine Unvollkommenheiten bzw. Oberflächenmängel zu beseitigen, wobei schließlich eine Kontrolle der Abmessungen durchgeführt wird.

Ein Referenzmodell mit den zuvor dargestellten Eigenschaften weist eine Reihe von Nachteilen auf, u. a.: a) das hohe Gewicht, das die Verwendung eines Brü­ ckenkrans für den fortgesetzten Transport der mechanisch bzw. fertig zu bearbei­ tenden Blöcke oder der physischen Referenzmodelle erfordert und was mit einem Unfallrisiko verbunden ist, wobei ein Pufferblock bzw. ein Stoßfänger bis zu 240 kg wiegen kann; b) heterogene Oberflächen aufgrund des Verleimens der mecha­ nisch bzw. fertig zu bearbeitenden Blöcke; c) die dimensionale Stabilität ist nicht angemessen wegen der thermischen Variationen, die in einem Zeitintervall auf­ treten und die negativ und sehr direkt die Oberflächenfertigbearbeitung und die Bearbeitung in dimensionaler Hinsicht beeinflussen; sowie d) außerordentlich hohe Kosten.

Man hat versucht, die genannten Probleme in unterschiedlicher Art und Weise zu lösen. Beispielsweise hat man versucht, das Problem der Homogenisierung der Oberfläche durch ein komplexes System der Wiedergewinnung und des Verleimens mit Polyurethanharz zu lösen, aber die damit erhaltenen Referenzmodelle sind immer noch sehr schwer.

Es ist auch die Benutzung eines Mischsystems bekannt, das aus einem Wabenpa­ neelkern und aus Oberflächen mit verleimten mechanisch bzw. fertig zu bearbei­ tenden Blöcken besteht. Dieses Verfahren hat zwar das Problem des Gewichts gelöst, aber die Probleme der schlecht fertig bearbeiteten Oberflächen bestehen fort.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her­ stellung von Referenzmodellen zu entwickeln, welches ermöglicht, Referenzmo­ delle geringen Gewichts zu erhalten, die hochqualitativ fertig bearbeitete Oberflä­ chen aufweisen und gegenüber traditionellen Systemen mit geringen Kosten ver­ bunden sind.

In einem Verfahren gemäß der Erfindung wird wie bei den traditionellen Syste­ men von in einem Speicher abgelegten Referenzdaten der darzustellenden Ober­ flächen ausgegangen, wobei das Programm zur mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbearbeitung der Oberfläche durchgeführt wird, indem die Referenzdaten in einem Programm zur Oberflächenbearbeitung numerisch abgearbeitet werden, um abschnittsweise Formrohlinge zu erhalten, die notwendig für den Aufbau des phy­ sischen Referenzmodells sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausgehend von den Formrohlingen eine Form auf der Grundlage eines Materials gebaut, das eine leichte zellförmige Struktur aufweist. In der selben Art und Weise wird ein starrer Modellkern auf der Grundlage eines Materials gebaut, das eine zellulare, offene und widerstandsfähi­ ge Struktur hat, wobei dieser Modellkern mit Verankerungen zur Befestigung auf einer Basis versehen wird, die in herkömmlicher Weise gebaut sein kann.

Im Folgenden wird eine Trennschicht auf die interne Oberfläche der Form aufge­ bracht, und der Modellkern wird auf dieser Form mit einem gewissen Abstand zwischen den Oberflächen der beiden Komponenten positioniert und befestigt, wobei dann mit dem Einführen eines Polyurethanharzes in den Zwischenraum, der durch diese Oberflächen definiert ist, fortgefahren wird. Dieses Harz dringt teilweise in die offene Struktur des Modellkerns ein, wobei auf diese Weise des­ sen entsprechende Fixierung daran bewirkt wird. Sobald das Harz ausgehärtet ist, wird als nächster Schritt die Trennung der Form und des Modellkerns vorgenom­ men, dessen Oberfläche mit einer Harzabdeckung bzw. -schicht bedeckt bleibt, wobei dann die Harzschicht einer mechanischen Bearbeitung bzw. einer Fertigbe­ arbeitung zugeführt wird, um den Oberflächenverlauf des Referenzmodells zu kopieren. Soweit notwendig, wird eine Oberflächennachbehandlung bzw. Ober­ flächenfertigbearbeitung durchgeführt, wobei schließlich eine Kontrolle der Ober­ flächenabmessungen durchgeführt wird, ausgehend von zuvor auf der Basis fest­ gelegten Referenzpunkten.

Die Form wird vorzugsweise auf der Basis von Polyurethanschaum gebildet.

Der Modellkern seinerseits kann aus einem Wabenpaneel gebildet werden, das mit Aluminiumwänden versehen ist, aus dem man Abschnitte erhält, die den Formrohlingen entsprechen und die man durch einen Klebstoff anbaut und ver­ bindet, um eine kompakte, starre und leichte Packung zu bilden.

Nach einer Ausführungsvariante wird zur Bildung des Modellkerns ein Block in Wabenpaneelform mit einer lamellenförmigen Basis bzw. einer Basisschicht aus Aluminium aufgebaut, wobei dieser Block auf Grundlage der gespeicherten Refe­ renzdaten dimensioniert wird, indem dieser, ausgehend von der Oberfläche der Form, mechanisch bzw. fertig bearbeitet wird.

In einer anderen Verfahrensvariante gemäß der Erfindung kann der Modellkern aus einem Wabenpaneel aufgebaut sein, das mit Aluminiumwänden ausgestattet ist, wobei ausgehend von diesem Wabenpaneel Abschnitte erhalten werden, die Präliminarabschnitten und einigen Zwischenabschnitten entsprechen, die dem Oberflächenverlauf des Referenzmodells annähernd entsprechen und auf denen eine wiederstandsfähige lamellenförmige Deckschicht vorgesehen ist und befes­ tigt wird, und so ein kompakter, starrer und leichter Block gebildet wird. Auf die­ sem Block wird sodann eine Harzabdeckung gebildet, die nach ihrem Aushärten mechanisch bzw. fertig bearbeitet wird, um den Oberflächenverlauf des Refe­ renzmodells zu kopieren.

Die lamellenförmige Deckschicht kann auf Grundlage eines Drahtgewebes oder durch eine Schicht aus Glasfasern aufgebaut sein.

Die Harzabdeckung wird vorzugsweise mittels Aufbringen des Harzes in aufein­ ander folgenden Schichten gebildet, wobei jede Schicht aufgetragen wird, sobald die vorangegangene Schicht ausgehärtet ist. Praktisch härtet das Harz sofort. Mit diesem System erhält man ein sehr starres und sehr leichtes Referenzmodell.

In jedem Fall werden danach die Schritte zur mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbearbeitung durchgeführt, sobald das Harz gehärtet ist, was innerhalb eines Zeitraums von 24 Stunden ungefähr bei Raumtemperatur erfolgt bzw. während eines Zeitraums von 2 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 40°C.

Die hergestellte Form weist eine Überdimensionierung von ca. 30 mm auf, was dem Übermaß entspricht, das der mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbehand­ lung unterworfen wird.

Das Wabenpaneel, das für die Bildung des Modellkerns benutzt wird, kann mit Aluminiumwänden eine Dicke von ungefähr 50 mm haben. Der gebildete Mo­ dellkern weist ein Untermaß (negative Differenz) von ungefähr 30 mm auf, was der Abstand des Modellkerns von der Oberfläche der Form ist.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum besseren Verständnis anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung; und

Fig. 2, 3 und 4 ebenfalls in schematischer Form mögliche Variationen be­ stimmter Schritte oder Phasen gemäß der Erfindung.

Das Verfahren geht von der Magnetband-gespeicherten Information der Oberflä­ chenmodelle ["Cinta Cad" (CAD-Band)] aus, Schritt 1, um das Programm der mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbearbeitung der Oberfläche ausführen zu können, Schritt 2, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. In Schritt 3 ist die Anwendung des Informatikmodells dargestellt, um abschnittsweise die notwendigen Formroh­ linge zum Bau des physischen Referenzmodells zu erhalten.

Diese drei Schritte entsprechen den Schritten, die normalerweise in den her­ kömmlichen Verfahren benutzt werden.

Gemäß des einen Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird, so wie dies in Schritt 4 dargestellt ist, eine Form aus Polyurethanschaum gebaut, auf deren Oberfläche eine Trennschicht aufgebracht wird. Diese Form wird aus Stücken 4a gebaut, die den Abschnitten des Referenzmodells entsprechen, wobei die Form in ihrer internen Oberfläche eine Vergrößerung der Abmessungen von etwa 30 mm hat, was das Übermaß darstellt, das später bei der mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbearbeitung abzutragen ist.

Der Schritt mit der Ziffer 5 stellt einen Modellkern dar, für dessen Formgebung numerische Referenzdaten angewendet werden, mit dem Ziel, die notwendige Information zu erhalten, einen Modellkern mit Wabenpaneelen 5a zu bauen, die zwischen Aluminiumwänden angeordnet werden. Die Wabenpaneele 5a, die abschnittsweise annähernd dem Oberflächenverlauf des Referenzmodells entspre­ chen, werden zusammengefügt und in einer Packung verklebt, um so einen kom­ pakten, starren und leichten Modellkern zu bilden. Dieser Modellkern hat eine Oberflächereduktion (Untermaß) von etwa 30 mm, welches der Abstand des Mo­ dellkerns von der Oberfläche der Form ist. Der Schritt mit der Ziffer 6 stellt die Anbringung der Verankerungen 6a auf dem Modellkern des Schritts 5 für die spätere Montage auf der Basis dar.

Wie für den Schritt 7 dargestellt ist, wird der Modellkern 5 auf der Form 4 ange­ bracht, wobei ein Abstand zwischen den Oberflächen von ungefähr 60 mm gelas­ sen wird, wobei der Modellkern und die Form befestigt werden, und wobei im Anschluss daran Harz in den Zwischenraum 7a eingeführt wird, der durch die beiden Komponenten begrenzt ist. Dieses Harz dringt teilweise in die offene Struktur im Wabenpaneel des Modellkerns 5 ein, womit eine gute Befestigung auf dessen Oberfläche erzielt wird. Nach Ablauf von ungefähr zehn Stunden und so­ bald das Aushärten des Harzes erreicht ist, wird mit der Trennung vom Modell­ kern und Form 4 fortgefahren, wobei dann der Oberflächenverlauf 8a des Refe­ renzmodells auf die Harzschicht mechanisch kopiert wird, so wie dies für Schritt 8 dargestellt ist. Soweit dies notwendig ist, wird anschließend eine manuelle Fer­ tigbearbeitung durchgeführt, wobei Grate entfernt werden, die von dem Fertigbe­ arbeitungswerkzeug in Schritt 8 stammen, sowie Radien, die kleiner als 3 mm sind. Schließlich wird, wie dies für Schritt 10 dargestellt ist, eine Kontrolle der Abmessungen durchgeführt.

Ein Prellbock bzw. eine Stoßstange, welche nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wird, kann bis zu 70 kg wiegen im Vergleich zu 250 kg Gewicht, das dieselbe Stoßstange aufweist, welche nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wird.

Nach einer Ausführungsvariante, die in Fig. 2 dargestellt ist, werden die abgespei­ cherten Referenzdaten in einem Schritt 10 angewendet, um diese in einem Programm zur mechanischen Bearbeitung bzw. Fertigbearbeitung in Schritt 11 abzu­ arbeiten. In der Werkstatt entsteht dadurch ein Modellkern Wabenpaneels 12a auf einer Aluminiumlaminarbasis, wie dies für Schritt 12 dargestellt ist, wobei die Abmessung des Wabenpaneels 12a auf Grundlage der Referenzdaten erhalten worden ist. In Schritt 13 ist die Befestigung der Verankerungen 6a dargestellt, wie dies für Schritt 6 in Fig. 1 beschrieben worden ist. Schließlich wird in Schritt 14 der Modellkern in der Form der Wabenpaneele in einem Programm, das in Schritt 11 gezeigt ist, mechanisch bzw. fertig bearbeitet, wobei ein Sonderwerkzeug be­ nutzt wird. Man erhält auf diese Weise einen Modellkern, der dem Modellkern nach Schritt 5 in Fig. 1 entspricht, wobei dann das Verfahren fortgeführt werden kann, so wie dies zuvor beschrieben worden ist.

Der Modellkern, der in Schritt S des Verfahren nach Fig. 1 oder in Schritt 14 der Ausführungsvariante, die in Fig. 2 dargestellt ist, erhalten worden ist, kann einer Phase des Aufbringens von Polyurethanharz unterzogen werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wobei eine Abdeckung 15 mit einer Gesamtdicke von ungefähr 50 mm erhalten wird, die durch Aufbringen aufeinanderfolgender Schichten erhalten wird, wobei jede Schicht aufgebracht wird, sobald die vorangegangene Schicht ausgehärtet ist. Sobald die Abdeckung 15 ausgehärtet ist, wird sie einer Fertigbe­ arbeitungstätigkeit unterzogen, die ähnlich derjenigen ist, die in Schritt 8 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei dann das Verfahren in derselben Form abgeschlossen wird.

In Fig. 4 ist eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei der Modellkern, der in Schritt S des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens er­ halten worden ist, nun mit einem Wabenpaneel und Aluminiumwänden gebaut wird, wobei von einigen Präliminar-Abschnitten und einigen Zentralabschnitten ausgegangen wird, die eine Gesamtanordnung bilden, die mit der Ziffer 16 be­ zeichnet worden ist, und zwar auf der Grundlage von Referenzdaten, die die Ober­ flächenformen des wiederzugebenden Modellkerns definieren. Die Abschnitte der Gesamtanordnung werden mit einer widerstandfähigen lamellenförmigen Deck­ schicht 17, auf der Grundlage eines Drahtgeflechts oder eines Glasfaserschichtstoffs verbunden, wobei diese Anordnung in einem Schritt erhalten wird, der mit der Ziffer 18 in Fig. 4 bezeichnet ist. In einem folgenden Schritt, der mit dem Be­ zugszeichen 19 versehen ist, werden die Verankerungen 6a angeordnet, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert worden ist. In einem folgenden Schritt 20 wird Polyurethanharz auf den Modellkern 16 aufgebracht. Die aufge­ brachte Dicke beträgt ungefähr 50 mm, die durch aufeinanderfolgende Schichten erzielt wird. Das Harz wird danach einem Aushärtungsprozess unterworfen, und in einem darauffolgenden Schritt 21 folgt das Kopieren des Oberflächenverlaufs des Referenzmodells, und zwar in der Art und Weise, ähnlich wie in Schritt 8 nach Fig. 1, wobei das Verfahren in der Weise dann abgeschlossen wird, wie das anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Referenzmodells für Oberflächen, insbe­ sondere von Automobilkarosserien, ausgehend von in einem Speicher ab­ gelegten Referenzdaten der Oberflächen, die in einem Programm zur Ober­ flächenbearbeitung numerisch abarbeitbar sind, um abschnittsweise Form­ rohlinge herzustellen,
das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

• - Bauen einer Form (Schritt 4), deren Oberflächenverlauf annähernd dem Oberflächenverlauf des herzustellenden Referenzmodells entspricht, aus den Formrohlingen (4a) auf der Grundlage eines Materials, das eine leichte zell­ förmige Struktur aufweist;
• - Bauen eines starren Modellkerns (Schritt 5), dessen Oberflächenverlauf annähernd dem Oberflächenverlauf des herzustellenden Referenzmodells entspricht, auf der Grundlage eines Materials, das eine offene und wider­ standsfähige, zellförmige Struktur aufweist;
• - Auftragen einer Trennschicht auf die Oberfläche der Form (4);
• - Anbringen von Verankerungen (6a) auf dem Modellkern zur Befestigung auf einer Basis (Schritt 6);
• - Zusammenfügen der Form und des Modellkerns unter Ausbildung eines abstandsdefinierten Zwischenraums (7a);
• - Einführen eines Harzes in diesen Zwischenraum (7a), wobei das Harz teilweise in die offene zellförmige Struktur des Modellkerns eindringt und sich mit dieser fest verbindet (Schritt 7);
• - Trennen der Form und des Modellkerns, nachdem das Harz ausgehärtet ist, so dass ein auf der Basis befestigter Verbundkörper verbleibt, der aus dem Modellkern und aus dem auf deren Oberfläche (8a) ausgehärteten Harz be­ steht;
• - Bearbeiten der Oberfläche (8a) zur Erstellung des Oberflächenverlaufs des Referenzmodells (Schritt 8)
• - Nachbearbeiten der Oberfläche (8a) des Referenzmodells (Schritt 9); und
• - Überprüfen der Oberflächenabmessungen des Verbundkörpers in Abhän­ gigkeit von auf der Basis vorher festgelegten Referenzpunkten (Schritt 10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form auf der Basis eines Polyurethanschaumes gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellkern abschnittsweise aus zwischen Aluminiumwänden an­ geordneten Wabenpaneelen (5a) zusammengefügt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellkern gebildet wird, indem, ausgehend von der Oberfläche der Form, die Oberfläche eines Wabenpaneels (12a) auf einer Aluminium­ laminarbasis bearbeitet wird (Schritte 10 bis 14).

5. Verfahren zur Herstellung eines Referenzmodells für Oberflächen, insbe­ sondere von Automobilkarosserien, ausgehend von in einem Speicher ab­ gelegten Referenzdaten der Oberflächen, die in einem Programm zur Ober­ flächenbearbeitung numerisch abarbeitbar sind, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

• - Bauen eines starren Modellkerns (16), dessen Oberflächenverlauf annä­ hernd dem Oberflächenverlauf des herzustellenden Referenzmodells ent­ spricht;
• - Aufbringen einer widerstandsfähigen lamellenförmigen Deckschicht (17) auf die Oberfläche des Modellkerns (16) (Schritt 18);
• - Anbringen von Verankerungen (6a) auf dem Modellkern (16) zur Befesti­ gung auf einer Basis (Schritt 19);
• - Aufbringen einer Abdeckung aus Harz auf die Deckschicht (17) (Schritt 20);
• - Bearbeiten der ausgehärteten Abdeckung zur Erstellung des Oberflächen­ verlaufs des Referenzmodells (Schritt 21);
• - Nachbearbeiten der Oberfläche des Referenzmodells; und
• - Überprüfen der Oberflächenabmessungen des Verbundkörpers in Abhän­ gigkeit von auf der Basis vorher festgelegten Referenzpunkten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellkern (16) abschnittsweise aus zwischen Aluminiumwänden angeordneten Wabenpaneelen zusammengefügt wird, wobei die Wabenpa­ neele zusammengefügt eine an die zu erstellende Oberfläche des Referenz­ modells angenäherte Kontur aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellkern gebildet wird, indem die Oberfläche eines Wabenpa­ neels auf einer Aluminiumlaminarbasis bearbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (17) auf der Grundlage von Draht gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (17) aus einem Glasfaserschichtstoff gebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz in mehreren aufeinanderfolgenden Schichten aufgebracht wird.