DE19838981A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohrrahmen insbesondere Fahrradrahmen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren, bei dem Rahmen von Fahrrädern aus Rohren in Metallwerkstoffen hergestellt werden, wobei der Zuschnitt der Rohre und die Verbindung durch Laserschneiden, Laserschweißen oder Laserlöten erfolgt und eine Feinbearbeitung sowie die vollständige Erhaltung der Lageintelligenz der Rohre innerhalb der Verarbeitungsprozesse die maximal auftretenden Toleranzen so einschränkt, daß kein Zusatzwerkstoff beim Verschweißen mehr erforderlich ist.

Description

Fahrradrahmen werden in der Mehrzahl aus Rohren hergestellt, die durch einen Schweißprozeß miteinander verbunden werden. Dabei werden die Rohre zunächst durch einen Stanz- oder Fräsprozeß ausge­ klinkt, d. h. die Rohrenden werden so zugeschnitten, daß sie stumpf auf den Rohren aufsetzen, an denen sie verschweißt werden sollen. Die Kontur der Rohrenden ist dabei relativ kompliziert, da verschiedene Rohrmündungswinkel, unterschiedliche Rohrdurchmesser und auch ge­ krümmte, konfizierte oder ovalisierte Rohre aus gestaltungstechnischen Gründen gefertigt werden sollen.

Beim Rohrzuschnitt mit Fräsprozessen entstehen Toleranzwerte durch Werkzeugverschleiß und beim Stanzen durch Verformungen in den Rohren, die zu Spalten an den Rohrmündungen relativ zum ange­ schweißten Rohr führen. Diese Toleranzen werden herkömmlicherweise dadurch ausgeglichen, daß große Mengen Zusatzwerkstoffe beim Ver­ schweißen aufgebracht werden, um durch Toleranzen verursachte Spalte zu schließen. Im Ergebnis entstehen so tiefe Einbrandkerben, die festigkeitsmindernd sind und breite, unregelmäßige Schweißnähte, aus denen eine schlechte Optik resultiert.

Die Schweißung wird darüber hinaus in der Regel mit Maschinen und Vorrichtungen ausgeführt, in denen die Rohrstücke mit konstanter Win­ kelgeschwindigkeit rotieren, während der Schweißdraht an einer Stelle aufgebracht wird, so daß wegen der Krümmung der Rohrwand eine nicht konstante Bahngeschwindigkeit an den jeweiligen Schweißpunkten resultiert und so die Schweißnahtdicke stark variiert und somit Optik und Festigkeit weiter verschlechtert werden.

Die großflächige Erwärmung der Rohre bei diesen Verfahren führt zusätz­ lich zu einem unvermeidlichen Verzug des Werkstückes, der durch ma­ nuelles Ausrichten bei plastischer Verformung nach Beenden der Schweißvorgänge korrigiert werden muß.

Das neue Schweißverfahren löst diese Probleme vollständig erfindungs­ gemäß durch einen völlig neuen Fertigungsprozeß. Zunächst werden die Rohre ohne Werkzeugverschleiß und ohne Reaktionskräfte, die zu Verformungen führen würden, mit Hilfe eines Laserschneidverfahrens mit minimalen Toleranzen ausgeklinkt, so daß die Rohrmündungskontur des abgeschnittenen Rohres ideal zur Oberfläche des zweiten Rohres paßt.

Um das Verfahren für einen Gelenkroboter einfach beherrschbar zu machen, wird darauf verzichtet, den Schnittwinkel in der Rohroberfläche so zu wählen, daß die Rohrwandstärke voll am nächsten Rohr anliegt - somit also eine Abweichung in der Gehrungspassung der Wandstärke zugelassen wird.

Um dennoch zum Erreichen der maximalen Festigkeit die volle Wand­ stärke in Kontakt zu bringen, wird durch einen Feinbearbeitungsprozeß, der durch Fräsen, Schleifen oder auch als weiterer Laserschnitt erfolgt, die fehlerhafte Gehrungsfahne abgetrennt. Da es sich dabei um einen minimalen Materialabtrag handelt, nämlich maximal um das Volumen der Umfangslänge des Schnittes multipliziert mit der halben Wandstärke, sind die dabei auftretenden Toleranzen durch Werkzeugverschleiß, Rohrverformung oder Vorschubelastizitäten beherrschbar.

Alternativ oder zusätzlich werden die Bereiche auf den Rohren, in denen die zugeschnittenen Rohre münden, ebenfalls durch Schleifen feinbe­ arbeitet oder geprüft und selektiert.

Die Rohre werden nach dem Zuschnitt in einer variablen Vorrichtung ge­ spannt, wobei der Roboter die Halterungen der Rohre durch Magnet- oder Schnellspanner modellspezifisch so ausrichtet, daß eine optimale Fixierung für die Schweißvorgänge sichergestellt ist.

Die Fertigung erfolgt nicht in separaten, sequentiellen Vorgängen, in denen in einzelnen Stationen getrennte Prozesse ablaufen und das Bauteil auf einem Förderer weitergereicht wird. Statt dessen wird in einer integrierten Station der gesamte Rahmen gefertigt, da nur so die Lage­ intelligenz der einzelnen Fertigungsabschnitte erhalten bleibt. Tatsäch­ lich können die geforderten Toleranzen nur gehalten werden, wenn ein zugeschnittenes Rohr bis zur endgültigen Ablage und Fixierung in der Vorrichtung nicht mehr abgelegt wird, also nur von Roboter zu Roboter weitergereicht wird, da sonst die Geometrie des Zuschnittes durch La­ geabweichungen an Präzision verlieren würde.

Weiteres Merkmal des neuen Verfahrens ist die rein über Software ge­ steuerte Fertigung, da sowohl die Rohrauswahl, als auch die Zuschnitte und die Geometrie der Vorrichtungen nur von der zentralen Fertigungs­ kontrolle über die Roboter abläuft, so daß die Produktion sehr effizient arbeitet, sowohl mit Blick auf die Rüstzeiten als auch auf modellspezifi­ sche Vorrichtungskosten.

Der Schweißvorgang wird dann wegen der Einhaltung der geringen To­ leranzen, die nur durch den beschriebenen Ablauf mit nahtlosem Erhalt der Lageintelligenz möglich ist, ohne Zusatzwerkstoff ausgeführt. Der deswegen extrem geringe und lokal konzentrierte Wärmeeintrag der La­ serschweißung verursacht keinen nennenswerten Wärmeverzug der Bauteile, so daß ein nachgeschaltetes Richten entfallen kann.

Für besondere Geometrieanforderungen wie Konifizieren, Biegen oder Ovalisieren der Rohre, sind diese Vorgänge ebenso wie der Rohrzu­ schnitt so in den Gesamtprozeß zu integrieren, daß in gleicher Weise die Lageintelligenz erhalten bleibt. Dies geschieht dadurch daß die Konifi­ zierungs-, Biege- oder Ovaldruckmaschinen entsprechend in die Ferti­ gungszentrale integriert werden und die Bearbeitungsroboter beim Be­ schicken und Entnehmen sequentiell so spannen, daß keine Lagefehler auftreten oder die Rohre während des Prozesses festhalten und so Um­ spannfehler vermeiden.

Alternativ oder zusätzlich können die Nahtstellen mit punktuellen Wär­ meeintrag verlötet werden, wobei das Lot vorzugsweise von innen über Paßstücke aufgebracht wird. Diese Paßstücke werden in einer anderen Variante als innen liegendes Rohr eingesteckt und mit beim Ausklinken zugeschnitten.

Claims (10)

1. Ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Rohrrahmen, vorzugswei­ se Fahrradrahmen, die aus Rohren oder Profilen aus Metall wie Stahl in verschiedenen Legierungen, Aluminium, Magnesium etc. gefer­ tigt sind indem für jede Rahmengeometrie ein Satz passender Rohrlängen ausgeklinkt wird und die so entstehenden Rohrsätze dann miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden werden, dadurch gekennzeichnet daß der Zuschnitt zunächst ohne Reakti­ onskräfte per Laserschnitt erfolgt und dann die Gehrungsabwei­ chung in der Wandung durch einen weiteren Feinbearbeitungspro­ zeß so bearbeitet wird, daß im wesentlichen ein Vollkontakt zwi­ schen Wandung des ersten und Oberfläche des zweiten Rohres erreicht wird und daß die Verschweißung der Rohre wegen der so erreichten Zuschnittpräzision ohne hilfsweise mit minimalem Zu­ satzwerkstoff erfolgt.

2. Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Fertigungszelle in allen Prozessen der Umspannung oder der Weiterleitung von teilfertigen Zwischenprodukten die Lageinfor­ mation im wesentlichen erhalten bleibt und so auch aus der Um­ spannung keine Toleranzfehler entstehen.

3. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Rohrwandun­ gen im Bereich der Mündung eines anderen Rohres ebenfalls fein­ bearbeitet wird, um die geforderten Toleranzen für einen Schweiß­ prozess ohne Zusatzwerkstoff zu ermöglichen.

4. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Toleranzabwei­ chungen in den Fügebereichen während des Fertigungsprozesses gemessen und die Rohre je nach Meßergebnis umgespannt oder aussortiert werden.

5. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein Einleger in die Rohre eingebracht wird, der vorher oder innerhalb des Zuschnittpro­ zesses auf Kontur geschnitten wird und der aus einem geeigneten Lot- oder Schweißmaterial für den Grundwerkstoff besteht.

6. Fertigungsverfahren ach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein Einleger aus dem Grundmaterial der Rohre an den Enden eingelegt und mit zu­ geschnitten wird und so eine Endverstärkung der Rohre erreicht wird.

7. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß evtl. erforderliche Zusatzprozesse wie Biegen, Ovalisieren oder Konifizieren der Rohre so in den zentralen Fertigungsprozess integriert werden, daß die Geometrie- und Lageinformation bei Umspann- oder Förderungs­ bewegungen ebenfalls erhalten bleibt.

8. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß erforderliche Halte- und Spannvorrichtungen universal so ausgeführt sind, daß die Ro­ boter über die Prozeßsteuerung selbsttätig modellspezifische An­ passungen vornehmen und so der Gesamtprozess im wesentlichen ohne Wechsel modellspezifischer Vorrichtungen erfolgt.

9. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Überprüfung der Schweißverbindungen durch Innendruckverfahren erfolgt.

10. Fertigungsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Rohre, in denen ein jeweils zugeschnittenes Rohr mündet, ebenfalls ausgeschnitten werden, so daß doppelseitige Durchdringungen entstehen.