WO2024160486A1 - Verfahren zum herstellen eines werkstücks sowie werkzeugvorrichtung - Google Patents

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WO2024160486A1
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carrier
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laminating
component
heating field
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Rafal August
Dietmar Wechselberger
Richard Pöll
Alois Müller
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Lisa Draexlmaier GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for machining and producing a workpiece and to a tool device.
  • the laminating element is usually laminated onto the carrier using a first tool.
  • the laminating element and/or the carrier can be provided with a heat-activated adhesive or contact adhesive.
  • the adhesive is activated by heating.
  • the laminating element is pressed onto the carrier, with the adhesive arranged between the laminating element and the carrier.
  • the laminating element is press-laminated onto the carrier.
  • Heat-activated adhesives are used as adhesives in press-laminating. After press-laminating the carrier, wait until the adhesive has reacted sufficiently for further processing.
  • the press-laminated carrier can be temporarily stored in a buffer. After the adhesive has reacted sufficiently for further processing, the component can be joined to the carrier. By waiting until the adhesive has reacted sufficiently for further processing before the component is joined to the carrier, it is possible to avoid the hot melt melting into the carrier when welding heat is introduced, for example when welding the component as a joining process. Welding is usually carried out using a second tool that is different from the first tool. Description of the invention
  • the object of the present invention is to provide a solution which enables a particularly rapid production of a workpiece from a carrier, a laminating element and at least one component.
  • the invention relates to a method for producing a workpiece, in particular an instrument panel for a motor vehicle.
  • a laminating element is press-laminated to a carrier on a first side by means of a single tool device and at least one component is joined to the carrier on a second side opposite the first side, whereby the workpiece is produced.
  • the workpiece is both press-laminated and joined by means of the tool device.
  • a tool change is not necessarily provided for in the method, but can be provided.
  • the laminating element is inserted into a first tool part, in particular a lower tool, and the at least one component is inserted into a second tool part, in particular an upper tool, of the tool device and the press-lamination takes place by closing the tool device.
  • the first tool part which is in particular the lower tool
  • the second tool part which is in particular the upper tool
  • the tool parts are in particular the respective tool halves of the tool device.
  • the component can also be joined to the carrier by closing the tool device.
  • the press lamination and the joining take place simultaneously, in particular by closing the tool device.
  • a firing channel for an airbag or an air duct for a ventilation device can be joined to the carrier, in particular both the firing channel for the airbag as the first component and the air duct for the ventilation device as the second component can be joined to the carrier.
  • both the press lamination and the joining take place using the tool device, the workpiece can be manufactured using very few tools, in this case only the tool device.
  • the press lamination and the joining take place simultaneously or one after the other with a particularly short time interval.
  • heat required for the press lamination and for the joining can be introduced simultaneously into the laminating element or the carrier or the at least one component.
  • the at least one component is joined to the carrier while an adhesive applied to the carrier and/or the laminating element, in particular the hot melt, has not yet cooled down or has only cooled down insignificantly.
  • the process means that it is not necessary for the adhesive between the carrier and the laminating element to have reacted sufficiently for further processing before joining, in particular welding.
  • buffers for temporarily storing the press-laminated carrier while the adhesive hardens in a production plant are no longer required.
  • the production plant can be provided in a particularly space-efficient manner, as only the tool device is required for both joining and press-laminating, and no buffer areas are required for temporarily storing the press-laminated carrier before joining.
  • the covering element can in particular comprise a decoration and a spacer fabric, which is arranged in the finished workpiece on a side of the decoration facing the carrier.
  • the spacer fabric is designed to maintain a predetermined distance between the decoration and the carrier in the workpiece.
  • the spacer fabric is therefore a spacer.
  • the spacer fabric can in particular comprise a textile and/or a foam.
  • Component by means of infrared welding and/or by means of heating element welding and/or by means of Ultrasonic welding and/or by means of laser welding and/or by means of thermal riveting and/or by means of ultrasonic riveting and/or by means of mechanical riveting and/or by means of gluing.
  • infrared welding the component and the carrier are welded together using infrared radiation. Part of the infrared radiation is absorbed by the carrier and/or the component and converted into heat. As a result, a surface layer of the component or the carrier is melted and the component and the carrier can be joined together by pressing them together.
  • heated element welding the joining surfaces of the carrier and the component are heated using a heating element using contact or radiant heat and then joined under pressure.
  • the heat required for plasticizing is generated by converting ultrasonic vibrations into mechanical vibrations and is fed to the carrier and/or the component with a certain contact pressure via a sonotrode.
  • the mechanical vibrations striking the carrier or the component are absorbed and reflected at an interface. Due to the resulting interfacial and molecular friction, heat is generated that causes the carrier or component to melt.
  • Laser welding is a welding process in which energy is supplied via a laser beam.
  • laser radiation is focused using optics and directed at the carrier and/or component. By absorbing the laser power of the laser radiation, the temperature on the surface of the carrier or component increases extremely quickly, so that a melt forms.
  • Riveting is a manufacturing process from the group of joining by forming, which involves the production of a riveted connection.
  • the rivet is plastically formed at a connection hole.
  • a rivet usually has a prefabricated setting head at one end. At the other end, a closing head can be made using various riveting tools to close a riveted connection.
  • Thermal riveting includes hot stamping riveting and hot air riveting.
  • a heating stamp heats a rivet pin and forms a rivet head under pressure in the same process step.
  • Hot air riveting works without contact during a warm-up phase.
  • a continuously circulating hot air stream heats a rivet pin.
  • the rivet head is formed using a cold stamp.
  • the sonotrode serves as a forming tool and determines the shape of a rivet pin via its shape.
  • the sonotrode also serves as a holding stamp, which causes the plasticized material to cool under pressure.
  • the main difference between ultrasonic welding and ultrasonic riveting is that with ultrasonic riveting, melting deformation takes place and only one of the two joining partners is plasticized.
  • Mechanical riveting is a cold forming process.
  • Bonding is a material-locking joining process. During bonding, at least one component and the carrier are connected to one another using an adhesive.
  • An adhesive is a non-metallic substance that is able to bond materials through surface adhesion and thus adhesion and its internal strength, which is cohesion. Adhesive is therefore a process material that is used in bonding to bond different materials.
  • a conventional press laminating process with warm tool parts can be implemented as press laminating.
  • at least one of the tool parts can first be heated to melt the heat-activated adhesive and then cooled down for cold demolding of the press-laminated carrier. It is possible to arrange a heating field between the carrier and the laminating element to heat the adhesive, which can heat the gap between the carrier and the laminating element. In particular, this heats the adhesive that connects the carrier to the laminating element.
  • a fine cut can be used as a laminating element for press laminating.
  • An LCA press laminating process can also be implemented, where LCA stands for Low Cost Automation.
  • the LCA press laminating process is a cost-optimized press laminating process without the use of slide technology. This means that the laminating element is not folded over around the respective edges of the carrier.
  • a fully automatic press lamination process can be used, in which an automatic adhesive application and automatic press lamination takes place.
  • This process therefore allows for a particularly wide range of combinations of the respective press lamination processes with the respective joining processes.
  • the carrier is arranged by means of a support frame between the at least one component and the Laminating element is positioned.
  • the carrier is arranged between the first tool part and the second tool part by means of the support frame in order to bring the at least one component to be joined to the carrier, the carrier and the laminating element into overlap with one another in a closing direction in which the first tool part and the second tool part are moved towards one another when the tool device is closed.
  • the support frame thus enables the carrier to be aligned particularly precisely relative to the laminating element and the at least one component, in particular before press laminating and before joining.
  • the carrier is joined to the at least one component while the carrier is held on the support frame.
  • the support frame is then removed from the carrier and the tool device is then closed in order to press-laminate the carrier to the laminating element.
  • the support frame is removed from a volume, which is also referred to below as the closing volume, which is passed over by the tool parts in the closing direction when the tool device is closed. This can prevent a collision of the support frame with the tool parts of the tool device when the tool device is closed.
  • the second tool part is moved towards the support frame until the at least one component rests on the carrier, in particular is pressed against the carrier in order to be joined to the carrier.
  • the support frame thus holds the carrier firmly in a predetermined alignment with the at least one component during joining, whereby the at least one component can be joined to the carrier particularly precisely at a predetermined relative position.
  • the carrier can also be held on the second tool part via the at least one component inserted into the second tool part of the tool device, so that the support frame for holding the carrier is no longer required.
  • the tool device is closed for press lamination by moving the first tool part, on which the lamination element is held, and the second tool part, on which the at least one component and the carrier are held, towards each other. in particular, they are placed against one another.
  • the support frame thus enables particularly precise alignment of the carrier with the laminating element and the at least one component, whereby the workpiece can be manufactured particularly precisely.
  • At least one heating field is arranged between the carrier and the laminating element and/or between the carrier and the at least one component. At least part of the heat required for press laminating or joining can be provided by means of this heating field.
  • the tool device can comprise two heating fields, one of the heating fields being arranged between the carrier and the at least one component and the other of the heating fields being arranged between the carrier and the laminating element. At least part of the heat required for joining can be provided by means of the heating field arranged between the carrier and the at least one component, while at least part of the heat required for press laminating is provided by means of the further heating field arranged between the carrier and the laminating element.
  • the heating fields can be moved particularly close to the respective surface areas of the laminating element or the carrier or the at least one component that are to be heated for press laminating or joining, whereby the heating of these components to be connected to the workpiece can be controlled particularly precisely.
  • the respective heating field enables particularly uniform, flat heating of the respective component, in particular of the respective surface of the component of the workpiece to be heated. If only a single heating field is provided, this can be arranged one after the other between the carrier and the laminating element and between the carrier and the at least one component.
  • the at least one heating field is moved from a heating position to a storage position before the tool device is closed.
  • the heating position the heating field is arranged between the tool parts and provides at least part of the heat required for press-laminating or joining.
  • the at least one heating field is arranged in the closing volume through which the tool parts pass when the tool device is closed.
  • the heating field is arranged outside the closing volume, whereby a collision of the heating field with the tool parts can be avoided.
  • the at least one heating field is moved out of the closing volume before the tool device is closed by moving the tool parts towards each other.
  • the at least one heating field can be pivoted or moved between the heating position and the storage position.
  • the at least one heating field thus enables particularly precise heating of the respective components of the workpiece to be joined or press-laminated and, on the other hand, a particularly low risk of collision with the respective tool parts of the tool device when closing the tool device.
  • a welding heating field is arranged between the carrier and the at least one component, by means of which the carrier and/or the at least one component are plasticized at least in some areas for welding. This means that sufficient heat is introduced into the carrier and the at least one component by means of the welding heating field in order to enable the at least one component to be welded to the carrier.
  • Plasticizing refers to a transition of a material from a solid to a deformable or flowable state, which facilitates or enables further processing.
  • the welding heating field thus enables particularly simple welding of the carrier to the at least one component.
  • a laminating heating field is arranged between the carrier and the laminating element as a heating field, by means of which an adhesive applied to the carrier and/or an adhesive applied to the laminating element is heated for the press laminating.
  • This adhesive is a heat-activated adhesive or contact adhesive.
  • the adhesive is a so-called hot melt.
  • the hot melt can also be referred to as a melt adhesive.
  • the hot melt is solvent-free or water-free and, when hot, is a viscous liquid that can be applied to an adhesive surface.
  • the laminating heating field enables the adhesive applied to the laminating element and/or the carrier to be heated directly. This means that very little time is needed to heat the adhesive.
  • the rapid heating of the adhesive also means that very little energy is required to heat the adhesive.
  • the adhesive can be applied via the lower tool To do this, however, the heat provided by the lower tool must first penetrate the laminating element before it reaches the adhesive. As a result, heating the adhesive using the lower tool takes longer than using the laminating heating field.
  • the laminating element is placed in the first tool part, the at least one component is placed in the second tool part and the carrier is positioned between the tool parts by means of the support frame. This means that before carrying out the press laminating process and before carrying out the joining process, both the laminating element and the carrier and the at least one component are placed in the tool device.
  • the welding heating field is then arranged between the support frame and the second tool part and the laminating heating field is arranged between the first tool part and the support frame.
  • the carrier and/or the at least one component are plasticized for welding at least in some areas by means of the welding heating field and an adhesive applied to the carrier and/or an adhesive applied to the laminating element is heated for press laminating by means of the laminating heating field.
  • the heat required for welding can thus be introduced into the carrier and the at least one component at least essentially simultaneously using the welding heating field, and the heat required for press lamination can be introduced into the lamination element and the carrier. Heating for joining and press lamination can thus be carried out in a particularly time-efficient and energy-efficient manner using the two heating fields, since the heating fields support each other in the heat input.
  • both heating fields are then arranged outside the closing volume through which the tool parts move when the tool device is closed. This means that the heating fields are moved out of the closing volume limited at the top and bottom by the tool parts.
  • the carrier is then placed on the laminating element and the support frame is arranged outside the closing volume. This means that the support frame is moved out of the closing volume limited at the top and bottom by the tool parts.
  • the tool device is then closed, whereby the carrier is simultaneously press-laminated with the laminating element and the carrier is laminated with the at least a component is welded.
  • the method thus enables both the press lamination and the welding to be carried out as a joining process using the tool device, and also enables both the press lamination and the welding to be carried out at least essentially simultaneously by closing the tool device.
  • the workpiece can thus be manufactured particularly quickly.
  • the at least one component is placed in the second tool part and the carrier is positioned between the tool parts by means of the support frame.
  • the welding heating field is then arranged between the support frame and the second tool part, the carrier and/or the at least one component is plasticized at least in part for welding by means of the welding heating field and the welding heating field is then arranged outside the closing volume through which the tool part moves when the tool device is closed.
  • the welding heating field is moved between the carrier and the at least one component in order to plasticize the carrier and/or the at least one component at least in part.
  • the welding heating field is moved out of the closing volume, whereby no further component is arranged between the at least one component and the carrier in the closing direction of the tool device. Thereafter, the second tool part and the support frame are moved towards each other, whereby the carrier is welded to the at least one component.
  • the movement towards each other is to be understood as a relative movement in which the first tool part and/or the second tool part or the second tool part and/or the support frame can be moved and thus their position can be changed.
  • the second tool part and the support frame are placed against each other, whereby the at least one component is pressed against the carrier and thereby welded to the carrier.
  • the support frame is then arranged outside the closing volume. Since the carrier is now welded to the at least one component and the at least one component is held on the second tool part, the carrier is at least indirectly connected to the second Tool part is held. The support frame is therefore no longer required to hold the carrier. As a result, the support frame is moved out of the closing volume to avoid a collision of the support frame with the tool parts.
  • the laminating element is then inserted into the first tool part.
  • the laminating heating field is then arranged between the first tool part and the second tool part, and an adhesive applied to the carrier and/or an adhesive applied to the laminating element, in particular the hot melt, is heated for press laminating by means of the laminating heating field.
  • the laminating heating field is arranged outside the closing volume. This means that when the adhesive applied to the carrier and/or the laminating element, in particular the hot melt, has been sufficiently heated for press laminating by means of the laminating heating field, the laminating heating field is moved out of the closing volume to avoid a collision of the laminating heating field with the tool parts.
  • the tool device is then closed and the laminating element is pressed onto the carrier, whereby the carrier is press-laminated to the laminating element.
  • This method means that not all components of the workpiece have to be arranged in the tool device before both the joining process and the press-laminating process. Instead, the lamination element can be inserted into the first tool part during the welding process or after the welding process.
  • the second tool part can be pressed together with the support frame for as long as is particularly advantageous for the welding process.
  • the tool device can in turn be closed for as long as is particularly advantageous for the press-laminating process.
  • the respective process parameters, in particular holding times, of the second tool part on the support frame or of the second tool part on the first tool part can thus be adapted particularly well to the welding process or the lamination process.
  • the laminating element is inserted into the first tool part, the at least one component is inserted into the second tool part and the carrier is positioned between the tool parts by means of the support frame.
  • the welding heating field is then arranged between the support frame and the second tool part, the carrier and/or the at least one component are at least partially plasticized for welding by means of the welding heating field and the welding heating field is then arranged outside the closing volume.
  • the welding heating field is moved into the closing volume, which is delimited by the tool parts at the top and bottom in the closing direction and through which at least one of the tool parts moves when the tool device is closed.
  • the welding heating field is moved out of the closing volume again.
  • the second tool part and the support frame are then moved towards one another, whereby the carrier is welded to the at least one component.
  • the carrier is pressed against the at least one component, whereby respective plasticized areas of the carrier or of the at least one component form a welded connection with each other.
  • the support frame is arranged outside the closing volume.
  • the laminating heating field is arranged between the first tool part and the second tool part, an adhesive applied to the carrier and/or an adhesive applied to the laminating element, in particular the hot melt, is heated for the press laminating by means of the laminating heating field and the laminating heating field is arranged outside the closing volume through which the tool parts move when the tool device is closed.
  • the laminating heating field is arranged between the carrier and the laminating element and the adhesive is heated by means of the laminating heating element.
  • the laminating heating field is moved out of the closing volume in order to avoid a collision of the laminating heating field with the tool parts when the tool device is closed.
  • the tool device is closed in the closing volume, whereby the carrier is press-laminated with the laminating element.
  • the heat is provided by means of at least one infrared radiator of the heating field.
  • the respective heating field has at least one infrared radiator which is designed to provide infrared radiation and to heat at least one component of the workpiece using this infrared radiation.
  • the respective areas of the respective component for the workpiece that are to be heated can be heated particularly precisely using the infrared radiation. Unnecessary large-scale heating of the respective component can thus be avoided, whereby the risk of damage to the respective component and the energy requirement for heating this component can be kept particularly low.
  • an adhesive for gluing the at least one component is applied to the second side of the carrier as part of an adhesive process as a joining process using a robot device of the tool device.
  • the carrier is placed in the tool device, in particular placed on the laminating element, and then the adhesive is applied to the side of the carrier facing the at least one component to be glued to the carrier using the robot device.
  • the robot device is a technical apparatus that serves to take on frequently recurring mechanical work.
  • the robot device which is in particular part of the tool device, is in particular a stationary machine that is controlled by a computer program.
  • the robot device is an industrial robot.
  • the robot device can be designed as a so-called gantry robot or as an articulated arm robot with at least one movable robot arm.
  • the robot device can comprise a processing head and a linear portal over which the processing head can be moved.
  • the linear portal comprises in particular a gantry carriage for horizontal movement on a main axis and a gantry arm for vertical movement of the processing head.
  • the processing head is designed to apply the adhesive to the carrier.
  • the linear gantry is a gantry frame.
  • the robot device can be designed as an articulated arm robot.
  • the processing head can be moved by a robot arm, which is designed in particular to be multi-axis.
  • the robot device enables particularly precise and fast automated application of the adhesive to the carrier.
  • a frame carrying the robot device in particular the portal frame, is arranged between the tool parts and that the robot device with the frame is arranged outside the closing volume after the application of the adhesive, which is passed through by the tool parts when the tool device is closed, whereby a collision of the frame with the tool parts can be avoided.
  • the robot device is moved out of the closing volume together with the portal frame so that when the tool device is closed, no collision occurs between the robot device, in particular the frame, and the tool parts of the tool device.
  • the frame is part of the robot device.
  • the robot device is designed as an articulated arm robot, the frame can be designed separately from the robot device.
  • the tool device is closed, whereby the carrier is simultaneously glued to the at least one component and the laminating element is press-laminated to the carrier.
  • the at least one component held by the second tool part is pressed onto the carrier and the carrier is in turn pressed onto the laminating element held by the first tool part.
  • the joining takes place in the form of the gluing process and the press-laminating takes place. at least essentially simultaneously.
  • the workpiece can thus be manufactured particularly quickly using the tool device.
  • the invention further relates to a tool device with a first tool part, into which a laminating element to be fastened to a carrier can be inserted, and a second tool part, into which at least one component to be fastened to the carrier can be inserted.
  • the tool device can be closed by moving the first tool part and the second tool part towards each other, whereby the laminating element is press-laminated to the carrier.
  • the tool device is also designed to carry out a joining process in which the at least one component is joined to the carrier.
  • the tool device is designed to carry out a method as has already been described in connection with the method according to the invention for producing a tool.
  • Fig. 1 is a process diagram for a method for producing a workpiece in a first embodiment
  • Fig. 2 is a process diagram for the process in a second embodiment
  • the laminating element 14 is press-laminated to the carrier 12 on a first side 22 of the carrier 12 and the at least one component 16 is joined to the carrier 12 on a second side 24 opposite the first side 22.
  • the laminating element 14 is inserted into a first tool part 26 of the tool device 10, in this case a lower tool, and the components 16 are inserted into a second tool part 28 of the tool device 10, in this case an upper tool.
  • the upper tool can be the first tool part and the lower tool can be the second tool part.
  • Press-laminating the laminating element 14 onto the carrier 12 takes place by closing the tool device 10.
  • a distance between the first tool part 26 and the second tool part 28 is reduced, in particular until the first tool part 26 and the second tool part 28 lie against one another.
  • at least one of the tool parts 26, 28 passes through a closing volume 30, the closing volume 30 extending from the first tool part 26 to the second tool part 28 when the tool device 10 is in the open state.
  • at least one of the tool parts 26, 28 is moved in a closing direction 32 towards the other of the tool parts 28, 26.
  • the closing volume 30 is delimited by the tool parts 26, 28 in the closing direction 32 at the top and at the bottom.
  • the closing volume 30 is the entire space which is delimited by the tool parts 26, 28 in the closing direction 32 upwards and downwards in the opened state of the tool device 10.
  • the tool device 10 can comprise respective heating fields 34, which are designed to introduce the heat required for the press lamination and/or the joining, in particular at least a part thereof, into the respective components to be connected to the workpiece.
  • the respective heating fields 34 can have respective infrared radiators 36, which are designed to emit heat radiation. For reasons of clarity, only some of the infrared radiators 36 are provided with the corresponding reference symbol.
  • the laminating element 14 is inserted into the first tool part 26, the carrier 12 is placed on the laminating element 14 and the components 16 are inserted into the second tool part 28.
  • the laminating element 14 is pre-fixed to the carrier 12 and is inserted into the first tool part 26 together with the carrier 12, and the components 16 are inserted into the second tool part 28.
  • the pre-fixing of the laminating element 14 to the carrier 12 takes place in an upstream process in which the laminating element 14 is positioned on the carrier 12 with spot-by-spot adhesion, i.e. with adhesive activation.
  • the heating field 34 is moved from a heating position, in which the heating field 34 is arranged between the tool parts 26, 28 and introduces the heat into the at least one component for the workpiece and thus provides at least part of the heat required for press-laminating and/or joining, to a stowed position in which the heating field 34 is arranged outside the closing volume 30.
  • the tool device 10 is closed by moving the second tool part 28 in the closing direction 32 towards the first tool part 26, in particular until the second tool part 28 rests against the first tool part 26, whereby the components 16 are pressed against the carrier 12 and the carrier 12 is pressed against the laminating element 14.
  • both the joining, in this case the welding, of the components 16 to the carrier 12 and the press-laminating of the carrier 12 to the laminating element 14 are carried out.
  • the components for the workpiece are inserted into the tool device 10 in a first method step 1a.
  • the carrier 12 can be pre-fixed to the laminating element 14 and/or to the first tool part 26.
  • the heating field 34 is moved into the closing volume 30.
  • a welding area of the components 16 and/or the carrier 12 is plasticized by means of the heating field 34.
  • supporting heat is introduced into a laminating joint between the laminating element 14 and the carrier 12 by means of the heating field 34.
  • a joining process and a press-laminating process are carried out simultaneously by closing the tool device 10. It is provided that the laminating element 14 is press-laminated to the carrier 12 in a conventional press-laminating process with warm tool parts 26, 28. Alternatively, at least one of the tool parts 26, 28 can first be heated to melt the adhesive and then cooled for cold demolding of the press-laminated carrier 12. The adhesive arranged between the carrier 12 and the laminating element 14 can be heated by means of the first tool part 26.
  • the components to be connected to the workpiece are inserted into the tool device 10.
  • a support frame 38 is provided in the process shown in Fig. 2.
  • the support frame 38 is designed to position the carrier 12 between the tool parts 26, 28.
  • the support frame 38 is arranged in the closing volume 30.
  • the method further provides for two heating fields 34, in this case a welding heating field 40 and a laminating heating field 42, to be arranged between the tool parts 26, 28 in the closing volume 30.
  • the carrier 12 and the components 16 are plasticized at least in some areas for welding by means of the welding heating field 40.
  • the adhesive applied to the carrier 12 and/or the laminating element 14 is heated for press laminating by means of the laminating heating field 42. Both heating fields 34 are then removed from the closing volume 30.
  • the carrier 12 is then placed on the laminating element 14. and the support frame 38 is moved out of the closing volume 30.
  • the tool device 10 is then closed, whereby the carrier 12 is simultaneously press-laminated to the laminating element 14 and the carrier 12 is welded to the components 16.
  • the components in this case the laminating element 14, which is the decoration with the spacer fabric, the carrier 12, to which the adhesive for the press laminating is applied and which is a base body for the instrument panel, and the components 16 designed as welded parts to be joined to the carrier 12, are inserted into the tool device 10 in a first method step 1b.
  • the heating fields 34 are moved into the closing volume 30.
  • the welding areas of the carrier 12 and/or the components 16 are plasticized and the adhesive, in particular the hot melt, or the carrier 12 is heated for the press laminating.
  • the heating fields 34 are moved out of the closing volume 30.
  • a fourth method step 4b the carrier 12 is connected to the laminating element 14 and the support frame 38 is removed from the closing volume 30.
  • a fifth method step 5b the tool device 10 is closed and the press laminating process and the welding process take place simultaneously. In this method, a so-called heating into the joint takes place by means of the laminating heating field 42.
  • the components 16 are placed in the second tool part 28 and the carrier 12 is positioned between the tool parts 26, 28 by means of the support frame 38.
  • the carrier 12 and the components 16 designed as welded parts are thus placed in the tool device 10.
  • the welding heating field 40 is then arranged between the support frame 38 and the second tool part 28, the carrier 12 and/or the components 16 are plasticized for welding at least in some areas by means of the welding heating field 40 and the welding heating field 40 is then arranged outside the closing volume 30. In other words, the welding heating field 40 is moved into the closing volume 30 and the components 16 and/or the carrier 12 are plasticized in some areas.
  • the second tool part 28 and the support frame 38 are then moved towards each other, whereby the carrier 12 is welded to the components 16 as part of a welding process.
  • the support frame 38 is then moved out of the closing volume 30.
  • the laminating element 14 can be inserted into the first tool part 26 parallel to the welding process.
  • the carrier 12 welded to the components 16 can move into a laminating position.
  • the second tool part 28 can be moved towards the first tool part 26 in the closing direction 32.
  • the second tool part 28 is not arranged so as to overlap the first tool part 26 in the closing direction 32 and is therefore arranged laterally offset next to the first tool part 26 during the welding process, then the second tool part 28 is adjusted, in particular pivoted, in order to approach the laminating position in such a way that the second tool part 28 is brought into overlap with the first tool part 26 in the closing direction 32.
  • at least one of the tool parts 26, 28 is arranged on a sliding table or on a rotary table. This enables the tool parts 26, 28 to be adjusted between the laminating position arranged one above the other and a pivoting position arranged next to one another, in particular offset in height.
  • first tool part 26 to be arranged pivoted out to the side while the second tool part 28 is enclosed with a protective curtain during the welding process, whereby the first tool part 26 is arranged laterally next to the protective curtain.
  • the laminating element 14 can be inserted into the first tool part 26 particularly easily and safely during the welding process.
  • the tool parts are arranged in the pivoting position. After the welding process has been completed, the tool parts 26, 28 can be arranged one above the other again and thus in the laminating position so that the tool device 10 can be closed in the closing direction 32 for the press laminating.
  • the laminating heating field 42 is then arranged between the first tool part 26 and the second tool part 28, the adhesive applied to the carrier 12 and/or the laminating element 14 is heated for the press laminating by means of the laminating heating field 42 and the laminating heating field 42 is then moved out of the closing volume 30.
  • the carrier 12 or the adhesive is thus heated by means of the laminating heating field 42.
  • the tool device 10 is closed, whereby the carrier 12 is press-laminated with the laminating element 14. Parallel to this During the laminating process, respective components 16 for a further workpiece to be manufactured can be prepared for insertion into the tool device 10.
  • all components to be joined together to form the workpiece are initially inserted into the tool device 10.
  • the welding heating field 40 is then arranged between the support frame 38 and the second tool part 28, the carrier 12 and/or the components 16 are plasticized for welding at least in some areas by means of the welding heating field 40 and the welding heating field 40 is then moved out of the closing volume 30.
  • the welding process then takes place in that the second tool part 28 and the support frame 38 are moved towards one another, whereby the carrier 12 is welded to the components 16.
  • the support frame 38 is moved out of the closing volume 30.
  • the carrier 12 with the welded components 16 can then be moved into a heating position.
  • the carrier 12 can be moved by the second tool part 28 together with the components 16 into the heating position.
  • the laminating heating field 42 is then arranged between the first tool part 26 and the second tool part 28, the adhesive applied to the carrier 12 and/or the laminating element 14 is heated for the press laminating by means of the laminating heating field 42 and the laminating heating field 42 is then moved out of the closing volume 30.
  • the carrier 12 or the adhesive is thus heated.
  • the laminating process then takes place in which the tool device 10 is closed, whereby the carrier 12 is press-laminated to the laminating element 14.
  • a process is shown by means of the process diagram, in which the components 16 are glued to the carrier 12.
  • an adhesive is applied to the second side 24 of the carrier 12 by means of a robot device 44.
  • the robot device 44 is designed as a gantry robot, in which a processing head 46 the robot device 44 can be moved along a portal 48.
  • the adhesive is applied to the second side 24 of the carrier 12 by means of the processing head 46.
  • the portal 48 is a frame of the robot device 44, by means of which the processing head 46 is guided.
  • the laminating element 14 is inserted into the first tool part 26 and is pre-fixed to the carrier 12.
  • the laminating element 14 it is possible for the laminating element 14 to be arranged on the first tool part 26 and then the carrier 12 to be placed on the laminating element 14. If necessary, the laminating element 14 can be held in its position relative to the first tool part 26, in particular the lower tool, via pins and thus positioned on the first tool part 26.
  • the robot device 44 is then moved into the closing volume 30 and the adhesive, in particular a structural adhesive, is applied to the second side 24 of the carrier 12 in a second process step V2c by means of the processing head 46.
  • a third step 3c of the method it is provided that the robot device 44 is moved out of the closing volume 30.
  • the tool device 10 is then closed, whereby the components 16 are simultaneously glued to the carrier 12 as part of the joining process and the carrier 12 is press-laminated to the laminating element 14.
  • the carrier 12 can be inserted into the upper tool and/or a spacer can be provided for an adhesive joint to be maintained between the carrier 12 and the components 16.
  • the adhesive can be applied to the carrier 12 by means of a robot device 44 designed as an articulated arm robot or comprising the articulated arm robot.
  • the press lamination process and the joining process are carried out at least essentially simultaneously or that the joining process is carried out shortly before the press lamination process.
  • the described method in its various embodiments, makes it possible to dispense with the provision of buffer areas and thus intermediate storage areas for the intermediate storage of semi-finished products between press lamination and welding. Furthermore, particularly short processing times can be achieved because it is not necessary to wait after press lamination until the laminating adhesive has reacted sufficiently for further processing before the other components 16 can be joined to the carrier 12. Instead, there is no need for buffer times for the hot melt to react sufficiently for further processing before the welding process and no independent or separate process is required for press lamination and for joining.
  • the method combines two processes, in this case joining and press lamination, into one. These processes are carried out in the tool device 10 and thus in a single system. Reduced parts handling can thus be achieved.
  • the method enables existing inventories in a production plant to be kept particularly low, since the workpiece can be manufactured particularly quickly.
  • the method enables particularly simple and quick product tests with regard to weld strength and laminate adhesion on the same component, since there is no longer a long wait between press laminating and joining.
  • the method also enables systems and tools to be saved, since half of the systems and tools currently required per project are eliminated, since the joining process and the press laminating process can be carried out together using the tool device 10.
  • the method also enables an area to be saved, in particular a buffer area and a production area.
  • the method also enables energy to be saved for heating and cooling, since only half as many systems need to be operated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, bei welchem mittels einer einzigen Werkzeugvorrichtung (10) ein Kaschierelement an einer ersten Seite (22) an einen Träger (12) presskaschiert wird und wenigstens ein Bauteil (16) an einer der ersten Seite (22) gegenüberliegenden zweiten Seite (24) an den Träger (12) gefügt wird, wodurch das Werkstück hergestellt wird, wobei das Kaschierelement (14) in ein erstes Werkzeugteil (26) und das wenigstens eine Bauteil (16) in ein zweites Werkzeugteil (28) der Werkzeugvorrichtung (10) eingelegt werden und sowohl das Presskaschieren als auch das Fügen durch Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) erfolgt.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES WERKSTÜCKS SOWIE
WERKZEUGVORRICHTUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten und Herstellen eines Werkstücks sowie eine Werkzeugvorrichtung.
Soll ein Werkstück durch Presskaschieren eines Kaschierelements auf einen Träger sowie Fügen eines Bauteils an den Träger hergestellt werden, dann wird üblicherweise mittels eines ersten Werkzeugs das Kaschierelement auf den Träger kaschiert. Für das Presskaschieren kann das Kaschierelement und/oder der Träger mit einem wärmeaktivierbaren Klebstoff oder Kontaktkleber versehen werden. Der Klebstoff wird durch Erwärmung aktiviert. Durch Schließen dieses ersten Werkzeugs wird das Kaschierelement an den Träger gedrückt, wobei zwischen dem Kaschierelement und dem Träger der Klebstoff angeordnet ist. Durch das Drücken des Kaschierelements an den Träger wird das Kaschierelement an den Träger presskaschiert. Als Klebstoff werden beim Presskaschieren wärmeaktivierbare Klebstoffe eingesetzt. Nach dem Presskaschieren des Trägers wird gewartet, bis der Klebstoff für eine Weiterverarbeitung ausreichend ausreagiert ist. Hierfür kann der presskaschierte Träger in einem Puffer zwischengelagert werden. Nach dem zur Weiterverarbeitung ausreichenden Ausreagieren des Klebstoffs kann das Bauteil an den Träger gefügt werden. Dadurch, dass gewartet wird, bis der Klebstoff für eine Weiterverarbeitung ausreichend ausreagiert ist, bevor das Bauteil an den Träger gefügt wird, kann beispielsweise bei einem Anschweißen des Bauteils als Fügeprozess vermieden werden, dass der Hotmelt beim Einbringen einer Schweißwärme in den Träger anschmilzt. Das Schweißen erfolgt üblicherweise mit einem zu dem ersten Werkzeug unterschiedlichen zweiten Werkzeug. Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders schnelles Herstellen eines Werkstücks aus einem Träger, einem Kaschierelement und wenigstens einem Bauteil ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, insbesondere einer Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass mittels einer einzigen Werkzeugvorrichtung ein Kaschierelement an einer ersten Seite an einen Träger presskaschiert wird und wenigstens ein Bauteil an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite an den Träger gefügt wird, wodurch das Werkstück hergestellt wird. Das bedeutet, dass bei dem Verfahren das Werkstück mittels der Werkzeugvorrichtung sowohl presskaschiert als auch gefügt wird. Ein Werkzeugwechsel ist bei dem Verfahren nicht zwingend vorgesehen, kann aber vorgesehen sein. Bei dem Verfahren wird das Kaschierelement in ein erstes Werkzeugteil, insbesondere ein Unterwerkzeug, und das wenigstens eine Bauteil in ein zweites Werkzeugteil, insbesondere ein Oberwerkzeug, der Werkzeugvorrichtung eingelegt und das Presskaschieren erfolgt durch Schließen der Werkzeugvorrichtung. Für das Schließen der Werkzeugvorrichtung werden das erste Werkzeugteil, bei welchem es sich insbesondere um das Unterwerkzeug handelt, und das zweite Werkzeugteil, bei welchem es sich insbesondere um das Oberwerkzeug handelt, aufeinander zubewegt, insbesondere bis diese aneinander anliegen und die Werkzeugvorrichtung somit geschlossen ist. Hierunter ist zu verstehen, dass für das Schließen des Werkzeugs wenigstens eines der Werkzeugteile auf das andere Werkzeugteil zu bewegt wird. Bei den Werkzeugteilen handelt es sich insbesondere um jeweilige Werkzeughälften der Werkzeugvorrichtung. Das Fügen des Bauteils an den Träger kann ebenfalls durch Schließen der Werkzeugvorrichtung erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass das Presskaschieren und das Fügen gleichzeitig erfolgen, insbesondere durch Schließen der Werkzeugvorrichtung. Als Bauteil kann beispielsweise ein Schusskanal für einen Airbag oder ein Luftkanal für eine Belüftungseinrichtung an den Träger gefügt werden, insbesondere können sowohl der Schusskanal für den Airbag als erstes Bauteil als auch der Luftkanal für die Belüftungseinrichtung als zweites Bauteil an den Träger gefügt werden. Dadurch, dass sowohl das Presskaschieren als auch das Fügen mittels der Werkzeugvorrichtung erfolgt, kann das Werkstück unter Verwendung von besonders wenigen Werkzeugen, vorliegend der lediglich der Werkzeugvorrichtung, hergestellt werden. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Presskaschieren und das Fügen gleichzeitig oder mit einem besonders kurzen zeitlichen Abstand nacheinander erfolgen. Infolgedessen kann eine für das Presskaschieren sowie für das Fügen benötigte Wärme gleichzeitig in das Kaschierelement beziehungsweise den Träger beziehungsweise das wenigstens eine Bauteil eingebracht werden. Bei dem Verfahren ist es insbesondere vorgesehen, dass das wenigstens eine Bauteil an den Träger gefügt wird, während ein auf dem Träger und/oder dem Kaschierelement aufgetragener Klebstoff, insbesondere der Hotmelt, noch nicht beziehungsweise lediglich unwesentlich abgekühlt ist. Somit kann schon gar kein Aufschmelzen des Klebstoffs erfolgen, da dieser weder bereits abgekühlt noch ausreagiert ist. Das Verfahren ermöglicht, dass nicht notwendig ist, dass für das Fügen, insbesondere das Schweißen, der Klebstoff zwischen dem Träger und dem Kaschierelement bereits für eine Weiterverarbeitung ausreichend ausreagiert ist. Somit können Puffer zum Zwischenlagern des presskaschierten Trägers während des Aushärtens des Klebers in einer Produktionsanlage entfallen. Somit kann die Produktionsanlage besonders platzeffizient bereitgestellt werden, da lediglich die Werkzeugvorrichtung sowohl für das Fügen als auch für das Presskaschieren benötigt wird und darüber hinaus keine Pufferbereiche für das Zwischenlagern des presskaschierten Trägers vor dem Fügen benötigt werden.
Das Kaschierelement kann insbesondere ein Dekor sowie ein Abstandsgewirk umfassen, welches im fertigen Werkstück an einer dem Träger zugewandten Seite des Dekors angeordnet ist. Das Abstandsgewirk ist dazu eingerichtet, einen vorgegebenen Abstand zwischen dem Dekor und dem Träger in dem Werkstück vorzuhalten. Bei dem Abstandsgewirk handelt es sich somit um einen Abstandshalter. Das Abstandsgewirk kann insbesondere ein Textil und/oder einen Schaum umfassen.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine
Bauteil mittels Infrarotschweißens und/oder mittels Heizelementschweißens und/oder mittels Ultraschallschweißens und/oder mittels Laserschweißens und/oder mittels thermischen Nietens und/oder mittels Ultraschallnietens und/oder mittels mechanischen Nietens und/oder mittels Klebens mit dem Träger gefügt wird. Beim Infrarotschweißen werden das Bauteil und der Träger mittels Infrarotstrahlung miteinander verschweißt. Dabei wird ein Teil der Infrarotstrahlung vom Träger und/oder dem Bauteil absorbiert und in Wärme umgewandelt. Infolgedessen wird eine Oberflächenschicht des Bauteils beziehungsweise des Trägers angeschmolzen und das Bauteil sowie der Träger können durch Aneinanderpressen miteinander gefügt werden. Beim Heizelementschweißen werden die Fügeflächen des Trägers und des Bauteils mithilfe eines Heizelements durch Kontakt- oder Strahlungswärme erwärmt und anschließend unter Druck gefügt. Beim Ultraschallschweißen wird eine zum Plastifizieren benötigten Wärme durch eine Umwandlung von Ultraschallschwingungen in mechanische Schwingungen erzeugt und mit einem bestimmten Anpressdruck über eine Sonotrode dem Träger und/oder dem Bauteil zugeleitet. Die auf den Träger beziehungsweise das Bauteil auftreffenden mechanischen Schwingungen werden absorbiert und an einer Grenzfläche reflektiert. Aufgrund einer entstehenden Grenzflächen- und Molekularreibung entsteht Wärme, die den Träger beziehungsweise das Bauteil anschmelzen lässt. Bei dem Laserschweißen handelt es sich um ein Schweißverfahren, bei welchem eine Energiezufuhr über einen Laserstrahl erfolgt. Bei dem Laserschweißen wird eine Laserstrahlung mittels einer Optik fokussiert und auf den Träger und/oder das Bauteil gerichtet. Durch Absorption einer Laserleistung der Laserstrahlung erfolgt auf einer Oberfläche des Trägers beziehungsweise des Bauteils ein extrem schneller Anstieg der Temperaturen, sodass sich eine Schmelze bildet.
Beim Nieten handelt es sich um ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe Fügen durch Umformung, welches die Herstellung einer Nietverbindung beinhaltet. Beim Nieten wird der Niet an einem Verbindungsloch plastisch umgeformt. Gewöhnlich hat ein Niet an einem Ende einen vorgefertigten Setzkopf. Am anderen Ende kann mit verschiedenen Nietwerkzeugen ein Schließkopf gefertigt werden, um eine Nietverbindung zu schließen. Das thermische Nieten umfasst das Heißstempelnieten und das Heißluftnieten. Beim Heißstempelnieten erwärmt ein Heizstempel einen Nietzapfen und formt in demselben Prozessschritt unter Druck einen Nietkopf an. Das Heißluftnieten arbeitet in einer Aufwärmphase kontaktlos. Ein kontinuierlich umlaufender Heißluftstrom erwärmt einen Nietzapfen. Hier erfolgt die Ausformung des Nietkopfs mit einem Kaltstempel. Beim Ultraschallnieten dient die Sonotrode als Umformwerkzeug und bestimmt eine Ausformung eines Nietzapfens über ihre Form. Während einer Haltezeit, insbesondere einer Abkühlphase, dient die Sonotrode gleichzeitig als Haltestempel, wodurch das plastifizierte Material unter Druck erkaltet. Der Hauptunterschied zwischen dem Ultraschallschweißen und dem Ultraschallnieten besteht darin, dass beim Ultraschallnieten eine Schmelzverformung stattfindet und lediglich einer der beiden Fügepartner plastifiziert wird. Beim mechanischen Nieten handelt es sich um ein Kaltumformverfahren.
Beim Kleben handelt es sich um ein stoffschlüssiges Fügeverfahren. Beim Kleben werden das wenigstens eine Bauteil und der Träger mittels Klebstoffs miteinander verbunden. Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Stoff, der in der Lage ist, Werkstoffe durch Oberflächenhaftung und somit Adhäsion und seine innere Festigkeit, bei welcher es sich um Kohäsion handelt, zu verbinden. Bei Klebstoff handelt es sich somit um einen Prozesswerkstoff, der beim Kleben zum Verbinden verschiedener Werkstoffe verwendet wird.
Als Presskaschieren kann ein konventionelles Presskaschierverfahren mit warmen Werkzeugteilen umgesetzt werden. Alternativ kann wenigstens eines der Werkzeugteile erst für das Aufschmelzen des wärmeaktivierbaren Klebstoffs erwärmt werden und anschließend zum Kaltentformen des presskaschierten Trägers abgekühlt werden. Es ist möglich, dass für das Erwärmen des Klebstoffs ein Heizfeld zwischen dem Träger und dem Kaschierelement angeordnet wird, wodurch in die Fuge zwischen dem Träger und dem Kaschierelement geheizt werden kann. Insbesondere wird hierdurch der den Träger mit dem Kaschierelement verbindende Klebstoff erwärmt. Als Kaschierelement kann ein Feinzuschnitt für das Presskaschieren verwendet werden. Weiterhin kann ein LCA-Presskaschierverfahren umgesetzt werden, wobei LCA für Low Cost Automatisation steht. Bei dem LCA- Presskaschierverfahren handelt es sich um ein kostenoptimiertes Presskaschierverfahren, ohne Einsatz von Schiebertechnik. Das bedeutet, dass ein Umbugen des Kaschierelements um jeweilige Kanten des Trägers nicht erfolgt. Es kann ein vollautomatisches Presskaschierverfahren verwendet werden, bei welchem ein automatischer Klebstoffauftrag sowie ein automatisches Presskaschieren erfolgt.
Bei dem Verfahren sind somit besonders vielfältige Kombinationen jeweiliger Presskaschierverfahren mit jeweiligen Fügeverfahren möglich.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Träger mittels eines Unterstützungsrahmens zwischen dem wenigstens einen Bauteil und dem Kaschierelement positioniert wird. Das bedeutet, dass der Träger mittels des Unterstützungsrahmens zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet wird, um das wenigstens eine am Träger zu fügende Bauteil, den Träger und das Kaschierelement in einer Schließrichtung, in welcher beim Schließen der Werkzeugvorrichtung das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil aufeinander zubewegt werden, miteinander in Überdeckung zu bringen. Der Unterstützungsrahmen ermöglicht somit, dass der Träger besonders präzise relativ zu dem Kaschierelement und dem wenigstens einen Bauteil ausgerichtet werden kann, insbesondere vor dem Presskaschieren sowie vor dem Fügen.
In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil gefügt wird, während der Träger an dem Unterstützungsrahmen gehalten ist. Anschließend wird der Unterstützungsrahmen von dem Träger entfernt und danach die Werkzeugvorrichtung geschlossen, um den Träger mit dem Kaschierelement zu presskaschieren. Mit anderen Worten wird der Unterstützungsrahmen vor einem vollständigen Schließen der Werkzeugvorrichtung aus einem Volumen, welches im Folgenden auch als Schließvolumen bezeichnet wird, entfernt, welches von den Werkzeugteilen beim Schließen der Werkzeugvorrichtung in der Schließrichtung überfahren wird. Hierdurch kann eine Kollision des Unterstützungsrahmens mit den Werkzeugteilen der Werkzeugvorrichtung beim Schließen der Werkzeugvorrichtung vermieden werden. Für das Fügen des Trägers mit dem wenigstens einen Bauteil wird das zweite Werkzeugteil auf den Unterstützungsrahmen zubewegt, bis das wenigstens eine Bauteil an dem Träger anliegt, insbesondere an den Träger angedrückt wird, um mit dem Träger gefügt zu werden. Der Unterstützungsrahmen hält somit den Träger während des Fügens fest in einer vorgegebenen Ausrichtung zu dem wenigstens einen Bauteil, wodurch das wenigstens eine Bauteil besonders präzise an einer vorgegebenen Relativposition mit dem Träger gefügt werden kann. Sobald der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil gefügt ist, kann der Träger über das wenigstens eine in das zweite Werkzeugteil der Werkzeugvorrichtung eingelegte Bauteil ebenfalls an dem zweiten Werkzeugteil gehalten werden, sodass der Unterstützungsrahmen zum Halten des Trägers nicht mehr benötigt wird. Nachdem der Unterstützungsrahmen aus dem von den Werkzeugteilen in Schließrichtung nach oben und nach unten begrenzten Schließvolumen herausbewegt worden ist, wird für das Presskaschieren die Werkzeugvorrichtung geschlossen, indem das erste Werkzeugteil, an welchem das Kaschierelement gehalten ist, und das zweite Werkzeugteil, an welchem das wenigstens eine Bauteil sowie der Träger gehalten sind, aufeinander zubewegt werden, insbesondere aneinander angelegt werden. Der Unterstützungsrahmen ermöglicht somit ein besonders präzises Ausrichten des Trägers zu dem Kaschierelement sowie dem wenigstens einen Bauteil, wodurch das Werkstück besonders präzise hergestellt werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Heizfeld zwischen dem Träger und dem Kaschierelement und/oder zwischen dem Träger und dem wenigstens einen Bauteil angeordnet wird. Mittels dieses Heizfelds kann zumindest ein Teil einer für das Presskaschieren oder das Fügen benötigten Wärme bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Werkzeugvorrichtung zwei Heizfelder umfassen, wobei eines der Heizfelder zwischen dem Träger und dem wenigstens einen Bauteil angeordnet wird und das andere der Heizfelder zwischen dem Träger und dem Kaschierelement angeordnet wird. Mittels des zwischen dem Träger und dem wenigstens einen Bauteil angeordneten Heizfelds kann zumindest ein Teil der für das Fügen benötigten Wärme bereitgestellt werden, während mittels des zwischen dem Träger und dem Kaschierelement angeordneten weiteren Heizfelds zumindest ein Teil der für das Presskaschieren benötigten Wärme bereitgestellt wird. Die Heizfelder können besonders nah an jeweilige für das Presskaschieren beziehungsweise für das Fügen zu erwärmende Oberflächenbereiche des Kaschierelements beziehungsweise des Trägers beziehungsweise des wenigstens einen Bauteils heranbewegt werden, wodurch die Erwärmung dieser zu dem Werkstück zu verbindenden Komponenten besonders präzise gesteuert werden kann. Insbesondere ermöglicht das jeweilige Heizfeld ein besonders gleichmäßiges flächiges Erwärmen der jeweiligen Komponente, insbesondere der jeweiligen zu erwärmenden Oberfläche der Komponente des Werkstücks. Ist lediglich ein einziges Heizfeld vorgesehen, so kann dieses nacheinander zwischen dem Träger und dem Kaschierelement und zwischen dem Träger und dem wenigstens einen Bauteil angeordnet werden.
In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Heizfeld vor dem Schließen der Werkzeugvorrichtung aus einer Heizposition in eine Verstauposition verstellt wird. In der Heizposition ist das Heizfeld zwischen den Werkzeugteilen angeordnet und stellt zumindest einen Teil der für das Presskaschieren oder das Fügen benötigten Wärme bereit. Das bedeutet, dass in der Heizposition das wenigstens eine Heizfeld in dem Schließvolumen angeordnet ist, das beim Schließen der Werkzeugvorrichtung von den Werkzeugteilen durchlaufen wird. In der Verstauposition ist das Heizfeld außerhalb des Schließvolumen angeordnet, wodurch eine Kollision des Heizfelds mit den Werkzeugteilen vermieden werden kann. Das bedeutet, dass das wenigstens eine Heizfeld aus dem Schließvolumen herausgefahren wird, bevor die Werkzeugvorrichtung durch Aufeinanderzubewegen der Werkzeugteile geschlossen wird. Beispielsweise kann das wenigstens eine Heizfeld zwischen der Heizposition und der Verstauposition verschwenkt oder verfahren werden. Das wenigstens eine Heizfeld ermöglicht somit ein besonders präzises Erwärmen jeweiliger zu fügender beziehungsweise zu presskaschierender Komponenten des Werkstücks und zum anderen eine besonders geringe Kollisionsgefahr mit jeweiligen Werkzeugteilen der Werkzeugvorrichtung beim Schließen der Werkzeugvorrichtung.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass als Heizfeld ein Schweiß-Heizfeld zwischen dem Träger und dem wenigstens einen Bauteil angeordnet wird, mittels welchem der Träger und/oder das wenigstens eine Bauteil für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden. Das bedeutet, dass mittels des Schweiß-Heizfelds ausreichend Wärme in den Träger und das wenigstens eine Bauteil eingebracht wird, um das Verschweißen des wenigstens einen Bauteils mit dem Träger zu ermöglichen. Plastifizieren bezeichnet einen Übergang eines Stoffs von einem festen in einen verformbaren oder fließfähigen Zustand, welcher eine Weiterverarbeitung erleichtert beziehungsweise ermöglicht. Das Schweiß-Heizfeld ermöglicht somit ein besonders einfaches Verschweißen des Trägers mit dem wenigstens einen Bauteil.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Heizfeld ein Kaschier-Heizfeld zwischen dem Träger und dem Kaschierelement angeordnet wird, mittels welchem ein auf dem Träger aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird. Bei diesem Klebstoff handelt es sich um einen wärmeaktivierbaren Klebstoff oder Kontaktkleber.
Insbesondere handelt es sich bei dem Klebstoff um einen sogenannten Hotmelt. Der Hotmelt kann auch als Schmelzklebstoff bezeichnet werden. Der Hotmelt ist lösungsmittelfrei beziehungsweise wasserfrei und liegt im heißen Zustand als viskose Flüssigkeit vor, die auf eine Klebefläche aufgetragen werden kann. Das Kaschier-Heizfeld ermöglicht ein direktes Heizen des auf dem Kaschierelement und/oder auf dem Träger aufgetragenen Klebstoffs. Hierdurch wird besonders wenig Zeit für das Erwärmen des Klebstoffs benötigt.
Infolgedessen können besonders kurze Prozesszeiten für das Herstellen des Werkstücks umgesetzt werden. Das schnelle Erwärmen des Klebstoffs ermöglicht darüber hinaus, dass besonders wenig Energie zum Erwärmen des Klebstoffs benötigt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dem Kaschier-Heizelement kann der Klebstoff über das Unterwerkzeug erwärmt werden. Hierzu hat die vom Unterwerkzeug bereitgestellte Wärme jedoch erst das Kaschierelement zu durchdingen, bevor sie zum Klebstoff gelangt. Infolgedessen dauert ein Erwärmen des Klebstoffs mittels des Unterwerkzeugs länger als mittels des Kaschier- Heizfelds.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kaschierelement in das erste Werkzeugteil eingelegt wird, das wenigstens eine Bauteil in das zweite Werkzeugteil eingelegt wird und der Träger mittels des Unterstützungsrahmens zwischen den Werkzeugteilen positioniert wird. Das bedeutet, dass vor Durchführen des Presskaschiervorgangs sowie vor Durchführen des Fügevorgangs sowohl das Kaschierelement, als auch der Träger und das wenigstens eine Bauteil in der Werkzeugvorrichtung platziert werden. Im Anschluss daran werden das Schweiß-Heizfeld zwischen dem Unterstützungsrahmen und dem zweiten Werkzeugteil und das Kaschier- Heizfeld zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem Unterstützungsrahmen angeordnet. Hierbei ist vorgesehen, dass mittels des Schweiß-Heizfelds der Träger und/oder das wenigstens eine Bauteil für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden und mittels des Kaschier-Heizfelds ein auf dem Träger aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird. Es kann somit zumindest im Wesentlichen gleichzeitig mittels des Schweiß-Heizfelds die für das Schweißen benötigte Wärme in den Träger und das wenigstens eine Bauteil eingebracht werden und die für das Presskaschieren notwendige Wärme in das Kaschierelement und den Träger eingebracht werden. Das Erwärmen für das Fügen sowie das Presskaschieren kann somit besonders zeiteffizient sowie besonders energieeffizient mittels der beiden Heizfelder erfolgen, da die Heizfelder sich beim Wärmeeintrag gegenseitig unterstützen.
Es ist bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens weiterhin vorgesehen, dass anschließend beide Heizfelder außerhalb des Schließvolumens angeordnet werden, welches von den Werkzeugteilen beim Schließen der Werkzeugvorrichtung durchfahren wird. Das bedeutet, dass die Heizfelder aus dem von den Werkzeugteilen nach oben und nach unten begrenzten Schließvolumen herausgefahren werden. Anschließend wird der Träger auf dem Kaschierelement abgelegt und der Unterstützungsrahmen außerhalb des Schließvolumens angeordnet. Das bedeutet, dass der Unterstützungsrahmen aus dem von den Werkzeugteilen nach oben und nach unten begrenzten Schließvolumen herausbewegt wird. Im Anschluss daran wird die Werkzeugvorrichtung geschlossen, wodurch gleichzeitig der Träger mit dem Kaschierelement presskaschiert wird und der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil verschweißt wird. Das Verfahren ermöglicht somit zum einen, dass sowohl das Presskaschieren als auch das Schweißen als Fügeverfahren mittels der Werkzeugvorrichtung durchgeführt wird, als auch, dass sowohl das Presskaschieren als auch das Schweißen zumindest im Wesentlichen gleichzeitig durch Schließen der Werkzeugvorrichtung durchgeführt werden. Das Werkstück kann somit besonders schnell hergestellt werden.
In einer alternativen möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Bauteil in das zweite Werkzeugteil eingelegt wird und der Träger mittels des Unterstützungsrahmens zwischen den Werkzeugteilen positioniert wird. Anschließend wird das Schweiß-Heizfeld zwischen dem Unterstützungsrahmen und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet, mittels des Schweiß-Heizfelds der Träger und/oder das wenigstens eine Bauteil für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert und anschließend das Schweiß- Heizfeld außerhalb des Schließvolumens angeordnet, welches von dem Werkzeugteil beim Schließen der Werkzeugvorrichtung durchfahren wird. Das bedeutet, dass bei dem Verfahren das Schweiß-Heizfeld zwischen den Träger und das wenigstens eine Bauteil gefahren wird, um den Träger und/oder das wenigstens eine Bauteil zumindest bereichsweise zu plastifizieren. Nach dem Einbringen der für das Schweißen notwendigen Wärme in den Träger und/oder in das wenigstens eine Bauteil wird das Schweiß-Heizfeld aus dem Schließvolumen herausgefahren, wodurch zwischen dem wenigstens einen Bauteil und dem Träger in Schließrichtung der Werkzeugvorrichtung keine weitere Komponente angeordnet ist. Danach werden das zweite Werkzeugteil und der Unterstützungsrahmen aufeinander zubewegt, wodurch der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil verschweißt wird.
Unter dem Aufeinanderzubewegen ist eine Relativbewegung zu verstehen, bei welcher das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil beziehungsweise das zweite Werkzeugteil und/oder der Unterstützungsrahmen bewegt und somit in ihrer Position geändert werden können. Bei dem Verfahren ist es insbesondere vorgesehen, dass das zweite Werkzeugteil und der Unterstützungsrahmen aneinander angelegt werden, wodurch das wenigstens eine Bauteil an den Träger angedrückt und hierdurch mit dem Träger verschweißt wird. Im Anschluss daran wird der Unterstützungsrahmen außerhalb des Schließvolumens angeordnet. Da der Träger nun mit dem wenigstens einen Bauteil verschweißt ist, und das wenigstens eine Bauteil an dem zweiten Werkzeugteil gehalten ist, ist der Träger zumindest mittelbar über das wenigstens eine Bauteil an dem zweiten Werkzeugteil gehalten. Der Unterstützungsrahmen wird somit nicht mehr zum Halten des Trägers benötigt. Infolgedessen wird der Unterstützungsrahmen aus dem Schließvolumen herausbewegt, um eine Kollision des Unterstützungsrahmens mit den Werkzeugteilen zu vermeiden. Anschließend wird das Kaschierelement in das erste Werkzeugteil eingelegt. Danach wird das Kaschier-Heizfeld zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet, mittels des Kaschier-Heizfelds ein auf dem Träger aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement aufgetragener Klebstoff, insbesondere der Hotmelt, für das Presskaschieren erwärmt. Nach Erwärmen des Klebstoffs wird das Kaschier-Heizfeld außerhalb des Schließvolumens angeordnet. Das bedeutet, dass wenn mittels des Kaschier-Heizfelds der auf den Träger und/oder das Kaschierelement aufgetragene Klebstoff, insbesondere der Hotmelt, ausreichend für das Presskaschieren erwärmt worden ist, das Kaschier-Heizfeld aus dem Schließvolumen herausbewegt wird, um eine Kollision des Kaschier-Heizfelds mit den Werkzeugteilen zu vermeiden. Im Anschluss daran wird die Werkzeugvorrichtung geschlossen und somit das Kaschierelement an den Träger angepresst, wodurch der Träger mit dem Kaschierelement presskaschiert wird.
Dieses Verfahren ermöglicht, dass nicht sämtliche Komponenten des Werkstücks bereits sowohl vor dem Fügeprozess als auch dem Presskaschierprozess in der Werkzeugvorrichtung angeordnet werden müssen. Stattdessen kann das Kaschierelement während des Schweißprozesses oder nach dem Schweißprozess in das erste Werkzeugteil eingelegt werden. Durch das Aufteilen des Schweißprozesses und des Presskaschierprozesses kann das zweite Werkzeugteil so lange mit dem Unterstützungsrahmen zusammengepresst werden, wie es für den Schweißprozess besonders vorteilhaft ist. Für das Presskaschieren kann wiederum die Werkzeugvorrichtung solange geschlossen werden, wie es für den Presskaschiervorgang besonders vorteilhaft ist. Jeweilige Prozessparameter, insbesondere Haltezeiten, des zweiten Werkzeugteils an dem Unterstützungsrahmen beziehungsweise des zweiten Werkzeugteils an dem ersten Werkzeugteil können somit besonders gut an den Schweißprozess beziehungsweise an den Kaschierprozess angepasst werden.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kaschierelement in das erste Werkzeugteil eingelegt wird, das wenigstens eine Bauteil in das zweite Werkzeugteil eingelegt wird und der Träger mittels des Unterstützungsrahmens zwischen den Werkzeugteilen positioniert wird. Das bedeutet, dass sämtliche Komponenten, welche für das Herstellen des Werkstücks gebraucht werden, bereits vor dem Fügeprozess, insbesondere einem Schweißprozess, sowie vor dem Presskaschierprozess in der Werkzeugvorrichtung angeordnet werden. Bei diesem Verfahren ist weiterhin vorgesehen, dass anschließend das Schweiß-Heizfeld zwischen dem Unterstützungsrahmen und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet wird, mittels des Schweiß-Heizfelds der Träger und/oder das wenigstens eine Bauteil für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden und anschließen das Schweiß-Heizfeld außerhalb des Schließvolumens angeordnet wird. Das bedeutet, dass für das Verschweißen des Trägers mit dem wenigstens einen Bauteil das Schweiß-Heizfeld in das Schließvolumen hineinbewegt wird, welches von den Werkzeugteilen in Schließrichtung nach oben und nach unten begrenzt wird und welches beim Schließen der Werkzeugvorrichtung von wenigstens einem der Werkzeugteile durchfahren wird. Nach dem zumindest teilweisen Plastifizieren des Trägers beziehungsweise des wenigstens einen Bauteils wird das Schweiß-Heizfeld wieder aus dem Schließvolumen herausbewegt. Anschließend werden das zweite Werkzeugteil und der Unterstützungsrahmen aufeinander zubewegt, wodurch der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil verschweißt wird. Insbesondere wird durch das Aufeinanderzubewegen des zweiten Werkzeugteils und des Unterstützungsrahmens der Träger an das wenigstens eine Bauteil angedrückt, wodurch jeweilige plastifizierte Bereiche des Trägers beziehungsweise des wenigstens einen Bauteils miteinander eine Schweißverbindung ausbilden. Nach dem Verschweißen des Trägers mit dem wenigstens einen Bauteil wird der Unterstützungsrahmen außerhalb des Schließvolumens angeordnet.
Nachdem der Unterstützungsrahmen aus dem Schließvolumen herausbewegt worden ist, wird das Kaschier-Heizfeld zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet, mittels des Kaschier-Heizfelds ein auf dem Träger aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement aufgetragener Klebstoff, insbesondere der Hotmelt, für das Presskaschieren erwärmt und das Kaschier-Heizfeld außerhalb des Schließvolumens angeordnet, welches von den Werkzeugteilen beim Schließen der Werkzeugvorrichtung durchfahren wird. Das bedeutet, dass für das Erwärmen des auf dem Träger und/oder dem Kaschierelement aufgetragenen Klebstoffs, insbesondere des Hotmelts, das Kaschier-Heizfeld zwischen dem Träger und dem Kaschierelement angeordnet wird und mittels des Kaschierheizelements der Klebstoff erwärmt wird. Nach Erwärmen des Klebstoffs zumindest auf eine für das Presskaschieren ausreichende Temperatur wird das Kaschier-Heizfeld aus dem Schließvolumen herausbewegt, um eine Kollision des Kaschier-Heizfelds mit den Werkzeugteilen beim Schließen der Werkzeugvorrichtung zu vermeiden. Nach Herausbewegen des Kaschier-Heizfelds aus dem Schließvolumen wird die Werkzeugvorrichtung geschlossen, wodurch der Träger mit dem Kaschierelement presskaschiert wird. Bei diesem Verfahren ist es somit vorgesehen, dass sämtliche Komponenten für das Werkstück bereits vor dem Schweißprozess sowie bereits vor dem Presskaschierprozess in die Werkzeugvorrichtung eingelegt werden. Der Schweißprozess erfolgt vor dem Presskaschierprozess, wodurch ein Wiederaufschmelzen des Hotmelts vermieden werden kann, da der Schweißprozess bereits vor dem Presskaschieren stattgefunden hat.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärme mittels wenigstens eines Infrarotstrahlers des Heizfelds bereitgestellt wird. Das bedeutet, dass das jeweilige Heizfeld wenigstens einen Infrarotstrahler aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, Infrarotstrahlung bereitzustellen und mittels dieser Infrarotstrahlung wenigstens eine Komponente des Werkstücks zu erwärmen. Mittels der Infrarotstrahlung können jeweilige zu erwärmende Bereiche der jeweiligen Komponente für das Werkstück besonders präzise erwärmt werden. Ein unnötiges großflächiges Erwärmen der jeweiligen Komponente kann somit unterbleiben, wodurch eine Beschädigungsgefahr für die jeweilige Komponente sowie ein Energiebedarf für das Erwärmen dieser Komponente besonders gering gehalten werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Klebstoff für ein Ankleben des wenigstens einen Bauteils im Rahmen eines Klebeprozesses als Fügeprozess mittels einer Robotereinrichtung der Werkzeugvorrichtung auf der zweiten Seite des Trägers aufgetragen wird. Das bedeutet, dass der Träger in die Werkzeugvorrichtung eingelegt wird, insbesondere auf das Kaschierelement aufgelegt wird, und anschließend auf der dem wenigstens einen mit dem Träger zu verklebenden Bauteil zugewandte Seite des Trägers der Klebstoff mittels der Robotereinrichtung aufgetragen wird. Bei der Robotereinrichtung handelt es sich um eine technische Apparatur, die dazu dient, häufig wiederkehrende mechanische Arbeit zu übernehmen. Bei der Robotereinrichtung, die insbesondere Teil der Werkzeugvorrichtung ist, handelt es sich insbesondere um eine ortsfeste Maschine, die von einem Computerprogramm gesteuert wird. Insbesondere handelt es sich bei der Robotereinrichtung um einen Industrieroboter. Die Robotereinrichtung kann als sogenannter Portalroboter oder als Gelenkarmroboter mit wenigstens einem beweglichen Roboterarm ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung der Robotereinrichtung als Portalroboter kann die Robotereinrichtung einen Bearbeitungskopf sowie ein Linearportal umfassen, über welches der Bearbeitungskopf bewegt werden kann. Das Linearportal umfasst insbesondere einen Portalschlitten für eine Horizontalbewegung auf einer Hauptachse und einen Portalarm für eine Vertikalbewegung des Bearbeitungskopfs. Der Bearbeitungskopf ist dazu eingerichtet, den Klebstoff auf dem Träger aufzutragen. Bei dem Linearportal handelt es sich um einen Portalrahmen. Alternativ zu der Ausgestaltung der Robotereinrichtung als Portalroboter mit bis zu drei Linearachsen und gegebenenfalls einer Rotationsachse direkt am Bearbeitungskopf kann die Robotereinrichtung als Gelenkarmroboter ausgebildet sein. Hierbei kann der Bearbeitungskopf von einem Roboterarm bewegt werden, welcher insbesondere mehrachsig ausgebildet ist. Die Robotereinrichtung ermöglicht ein besonders präzises und schnelles automatisiertes Aufträgen des Klebstoffs auf dem T räger.
In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass für das Aufträgen des Klebstoffs ein die Robotereinrichtung tragender Rahmen, insbesondere der Portalrahmen, zwischen den Werkzeugteilen angeordnet wird und die Robotereinrichtung mit dem Rahmen nach dem Aufträgen des Klebstoffs außerhalb des Schließvolumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen beim Schließen der Werkzeugvorrichtung durchfahren wird, wodurch eine Kollision des Rahmens mit den Werkzeugteilen vermieden werden kann. Mit anderen Worten wird für das Aufträgen des Klebstoffs auf den Träger die Robotereinrichtung gemeinsam mit dem Portalrahmen aus dem Schließvolumen herausbewegt, damit beim Schließen der Werkzeugvorrichtung keine Kollision der Robotereinrichtung, insbesondere des Rahmens, mit den Werkzeugteilen der Werkzeugvorrichtung auftritt. Bei einer Ausgestaltung der Robotereinrichtung als Portalroboter ist der Rahmen Teil der Robotereinrichtung. Bei der Ausgestaltung der Robotereinrichtung als Gelenkarmroboter kann der Rahmen separat zur Robotereinrichtung ausgebildet sein.
Nach dem Aufträgen des Klebstoffs sowie dem Herausbewegen sowohl der Robotereinrichtung als auch des Rahmens aus dem Schließvolumen wird die Werkzeugvorrichtung geschlossen, wobei gleichzeitig der Träger mit dem wenigstens einen Bauteil verklebt wird und das Kaschierelement mit dem Träger presskaschiert wird. Durch das Schließen der Werkzeugvorrichtung wird das mittels des zweiten Werkzeugteils gehaltene wenigstens eine Bauteil an den Träger angepresst und der Träger wiederum an das mittels des ersten Werkzeugteils gehaltene Kaschierelement angepresst. Bei diesem Verfahren erfolgt somit das Fügen in Form des Klebeprozesses sowie das Presskaschieren zumindest im Wesentlichen gleichzeitig. Das Werkstück kann somit besonders schnell mittels der Werkzeugvorrichtung hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Werkzeugvorrichtung, mit einem ersten Werkzeugteil, in welches ein an einem Träger zu befestigendes Kaschierelement eingelegt werden kann, und einem zweiten Werkzeugteil, in welches wenigstens ein an dem Träger zu befestigendes Bauteil eingelegt werden kann. Die Werkzeugvorrichtung kann durch Bewegen des ersten Werkzeugteils und des zweiten Werkzeugteils aufeinander zu geschlossen werden, wodurch das Kaschierelement mit dem Träger presskaschiert wird. Die Werkzeugvorrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, einen Fügeprozess durchzuführen, im Rahmen von welchem das wenigstens eine Bauteil mit dem Träger gefügt wird. Die Werkzeugvorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Verfahren, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs beschrieben worden ist, durchzuführen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Beschreibung möglicher Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Kurze Figurenbeschreibung
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ein Verfahrensschema für das Verfahren in einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 3 ein Verfahrensschema für das Verfahren in einer dritten Ausführungsform.
In den Figuren sind Elementen mit gleichen Funktionen gleiche Bezugszeichen zugewiesen. In den Fig. 1 bis 3 sind Verfahrensschemata jeweiliger Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, vorliegend einer Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug, gezeigt. Jedem dieser Verfahren ist gemein, dass mittels einer einzigen Werkzeugvorrichtung 10 an einen Träger 12 für die Instrumententafel ein Kaschierelement 14 presskaschiert und wenigstens ein Bauteil 16 gefügt wird. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verfahrensschemata ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Bauteil 16 an den Träger 12 geschweißt wird, wohingegen es bei dem Verfahren in Fig. 3 vorgesehen ist, dass das wenigstens eine Bauteil 16 mit dem Träger 12 verklebt wird. Vorliegend werden zwei Bauteile 16 mit dem Träger 12 gefügt. Bei einem der Bauteile 16 handelt es sich um einen Airbagschusskanal 18 und bei dem anderen Bauteil 16 handelt es sich um einen Luftkanal 20 für eine Belüftungseinrichtung des Kraftfahrzeugs.
Das wenigstens eine Bauteil 16 kann an den Träger 12 mittels Infrarotschweißens und/oder mittels Heizelementschweißens und/oder mittels Ultraschallschweißens und/oder mittels Laserschweißens und/oder mittels thermischen Nietens und/oder mittels Ultraschallnietens und/oder mittels mechanischen Nietens und/oder mittels Klebens gefügt werden. Es ist vorgesehen, dass mittels der Werkzeugvorrichtung 10 das -Kaschierelement 14 an den Träger 12 presskaschiert wird. Hierbei sind unterschiedliche Presskaschierverfahren zum Presskaschieren des Kaschierelements 14 an den Träger 12 möglich.
Vorliegend ist das Kaschierelement 14 als Dekor mit einem Abstandsgewirke ausgebildet, wobei das Abstandsgewirke an einer dem Träger 12 zugewandten Seite des Dekors angeordnet ist. Bei dem Dekor kann es sich um ein Leder handeln, bei welchem auf der dem Träger 12 zugewandten Seite eine Haptikschicht als Abstandsgewirke angeordnet ist. Das Kaschierelement 14 wird mit einer Sichtseite dem ersten Werkzeugteil 26 zugewandt in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt.
Für das Presskaschieren ist es vorgesehen, dass an der dem Träger 12 zugewandten Seite des Kaschierelements 14 und/oder an der dem Kaschierelement 14 zugewandten ersten Seite 22 des Trägers 12 ein Klebstoff, insbesondere ein Hotmelt, aufgetragen wird. Für das Presskaschieren wird dieser Klebstoff erwärmt und anschließend das Kaschierelement 14 und der Träger 12 aneinander angelegt und aneinander angepresst. Nach einem zum Weiterverarbeiten ausreichenden Aushärten des Klebstoffs, insbesondere durch Ausreagieren, ist das an den Träger 12 presskaschierte Kaschierelement 14 besonders sicher an dem Träger 12 gehalten.
Bei dem jeweiligen Verfahren ist es vorgesehen, dass das Kaschierelement 14 an einer ersten Seite 22 des Trägers 12 an den Träger 12 presskaschiert wird und das wenigstens eine Bauteil 16 an einer der ersten Seite 22 gegenüberliegenden zweiten Seite 24 an den Träger 12 gefügt wird. Bei jedem der in den Fig. gezeigten Verfahren ist es vorgesehen, dass das Kaschierelement 14 in ein erstes Werkzeugteil 26 der Werkzeugvorrichtung 10, vorliegend ein Unterwerkzeug, eingelegt wird und die Bauteile 16 in ein zweites Werkzeugteil 28 der Werkzeugvorrichtung 10, vorliegend ein Oberwerkzeug, eingelegt werden. In einer alternativen, in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsform kann es sich bei dem Oberwerkzeug um das erste Werkzeugteil und bei dem Unterwerkzeug um das zweite Werkzeugteil handeln.
Presskaschieren des Kaschierelements 14 an den Träger 12 erfolgt, indem die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen wird. Für das Schließen der Werkzeugvorrichtung 10 wird ein Abstand zwischen dem ersten Werkzeugteil 26 und dem zweiten Werkzeugteil 28 verringert, insbesondere bis das erste Werkzeugteil 26 und das zweite Werkzeugteil 28 aneinander anliegen. Hierbei wird von wenigstens einem der Werkzeugteile 26, 28 ein Schließvolumen 30 durchfahren, wobei das Schließvolumen 30 sich von dem ersten Werkzeugteil 26 bis zu dem zweiten Werkzeugteil 28 in einem geöffneten Zustand der Werkzeugvorrichtung 10 erstreckt. Für das Schließen der Werkzeugvorrichtung 10 wird wenigstens eines der Werkzeugteile 26, 28 in einer Schließrichtung 32 auf das andere der Werkzeugteile 28, 26 zubewegt. Das Schließvolumen 30 wird von den Werkzeugteilen 26, 28 in Schließrichtung 32 nach oben sowie nach unten begrenzt. Bei dem Schließvolumen 30 handelt es sich um den gesamten Raum, der von den Werkzeugteilen 26, 28 in Schließrichtung 32 nach oben und nach unten im geöffneten Zustand der Werkzeugvorrichtung 10 begrenzt wird.
Wie in den Fig. 1 und 2 erkannt werden kann, kann die Werkzeugvorrichtung 10 jeweilige Heizfelder 34 umfassen, welche dazu eingerichtet sind, die für das Presskaschieren und/oder das Fügen benötigte Wärme, insbesondere zumindest einen Teil davon, in die jeweiligen zu dem Werkstück zu verbindenden Komponenten einzubringen. Für das Erwärmen der Komponenten können die jeweiligen Heizfelder 34 jeweilige Infrarotstrahler 36 aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, Wärmestrahlung auszustrahlen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind lediglich einige der Infrarotstrahler 36 mit dem zugehörigen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden wird das Verfahren zu dem in Fig. 1 gezeigten Verfahrensschema erläutert. Bei diesem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Kaschierelement 14 in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt wird, der Träger 12 auf dem Kaschierelement 14 abgelegt wird und die Bauteile 16 in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt werden. Alternativ ist das Kaschierelement 14 bei diesem Verfahren an dem Träger 12 vorfixiert und wird zusammen mit dem Träger 12 in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt, und die Bauteile 16 werden in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt. Das Vorfixieren des Kaschierelements 14 an dem Träger 12 erfolgt in einem vorgelagerten Prozess, in welchem das Kaschierelement 14 an dem Träger 12 mit stellenweisem Anheften, also mit Kleberaktivierung, positioniert wird. Anschließend wird das Heizfeld 34 in dem Schließvolumen 30 zwischen dem ersten Werkzeugteil 26 und dem zweiten Werkzeugteil 28 angeordnet. Mit anderen Worten wird das Heizfeld 34 zwischen den Bauteilen 16 und dem Träger 12 angeordnet. Mittels des Heizfelds 34 werden die Bauteile 16 und der Träger 12 sowie gegebenenfalls zusätzlich das Kaschierelement 14 oder der zwischen dem Kaschierelement 14 und dem Träger 12 angeordnete, für das Presskaschieren vorgesehene Klebstoff erwärmt. Insbesondere werden mittels des Heizfelds 34 der Träger 12 und/oder die Bauteile 16 zumindest bereichsweise plastifiziert. Nach dem Einbringen der Wärme mittels des Heizfelds 34 in wenigstens eine der Komponenten für das Werkstück wird das Heizfeld 34 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Das bedeutet, dass das Heizfeld 34 aus einer Heizposition, in welcher das Heizfeld 34 zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 angeordnet ist und die Wärme in die wenigstens eine Komponente für das Werkstück einbringt und somit zumindest einen Teil der für das Presskaschieren und/oder das Fügen benötigten Wärme bereitstellt, in eine Verstauposition verstellt wird, in welcher das Heizfeld 34 außerhalb des Schließvolumens 30 angeordnet ist. Nachdem das Heizfeld 34 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt worden ist, wird die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen, indem vorliegend das zweite Werkzeugteil 28 in Schließrichtung 32 auf das erste Werkzeugteil 26 zubewegt wird, insbesondere bis das zweite Werkzeugteil 28 an dem ersten Werkzeugteil 26 anliegt, wodurch die Bauteile 16 an den Träger 12 angepresst werden und der Träger 12 an das Kaschierelement 14 angepresst wird. Durch das Schließen der Werkzeugvorrichtung 10 erfolgt somit sowohl das Fügen, vorliegend das Verschweißen, der Bauteile 16 mit dem Träger 12 als auch das Presskaschieren des Trägers 12 mit dem Kaschierelement 14. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren ist es somit vorgesehen, dass die Komponenten für das Werkstück in einem ersten Verfahrensschritt 1a in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt werden. Hierbei kann der Träger 12 an dem Kaschierelement 14 und/oder an dem ersten Werkzeugteil 26 vorfixiert sein beziehungsweise werden. In einem zweiten Verfahrensschritt 2a wird das Heizfeld 34 in das Schließvolumen 30 hineingefahren. Mittels des Heizfelds 34 wird ein Schweißbereich der Bauteile 16 und/oder des Trägers 12 plastifiziert. Zusätzlich wird mittels des Heizfelds 34 Stützwärme in eine Kaschierfuge zwischen dem Kaschierelement 14 und dem Träger 12 eingebracht. In einem dritten Verfahrensschritt 3a wird das Heizfeld 34 aus dem Schließvolumen 30 herausgefahren. In einem vierten Verfahrensschritt 4a erfolgt gleichzeitig ein Fügeprozess und ein Presskaschierprozess durch Schließen der Werkzeugvorrichtung 10. Hierbei ist vorgesehen, dass das Kaschierelement 14 an den Träger 12 in einem konventionellen Presskaschierverfahren mit warmen Werkzeugteilen 26, 28 presskaschiert wird. Alternativ kann wenigstens eines der Werkzeugteile 26, 28 erst für das Aufschmelzen des Klebstoffs erwärmt werden und anschließend zum Kaltentformen des presskaschierten Trägers 12 abgekühlt werden. Der zwischen dem Träger 12 und dem Kaschierelement 14 angeordnete Klebstoff kann mittels des ersten Werkzeugteils 26 erwärmt werden.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahrensschema ist es vorgesehen, dass die zu dem Werkstück zu verbindenden Komponenten in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt werden. Das bedeutet, dass das Kaschierelement 14 in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt wird, die Bauteile 16 in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt werden und der Träger 12 in der Werkzeugvorrichtung 10 zwischen dem Kaschierelement 14 und den Bauteilen 16 positioniert wird. Für das Positionieren des Trägers 12 ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren ein Unterstützungsrahmen 38 vorgesehen. Der Unterstützungsrahmen 38 ist dazu eingerichtet, den Träger 12 zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 zu positionieren. Für das Positionieren des Trägers 12 zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 wird der Unterstützungsrahmen 38 in dem Schließvolumen 30 angeordnet. Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass zwei Heizfelder 34, vorliegend ein Schweiß-Heizfeld 40 und ein Kaschier-Heizfeld 42, zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 in dem Schließvolumen 30 angeordnet werden. Mittels des Schweiß-Heizfelds 40 werden der Träger 12 und die Bauteile 16 für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert. Mittels des Kaschier- Heizfelds 42 wird der auf dem Träger 12 und/oder dem Kaschierelement 14 aufgetragene Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt. Anschließend werden beide Heizfelder 34 aus dem Schließvolumen 30 entfernt. Danach wird der Träger 12 auf dem Kaschierelement 14 abgelegt und der Unterstützungsrahmen 38 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Im Anschluss daran wird die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen, wodurch gleichzeitig der Träger 12 mit dem Kaschierelement 14 presskaschiert wird und der Träger 12 mit den Bauteilen 16 verschweißt wird.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren ist es somit vorgesehen, dass die Komponenten, vorliegend das Kaschierelement 14, bei welchem es sich um das Dekor mit dem Abstandsgewirk handelt, der Träger 12, an welchem der Klebstoff für das Presskaschieren aufgetragen ist und bei welchem es sich um einen Grundkörper für die Instrumententafel handelt, sowie die als Schweißteile ausgebildeten, mit dem Träger 12 zu fügenden Bauteile 16 in einem ersten Verfahrensschritt 1b in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt werden. In einem zweiten Verfahrensschritt 2b werden die Heizfelder 34 in das Schließvolumen 30 hineingefahren. Infolgedessen erfolgt ein Plastifizieren der Schweißbereiche des Trägers 12 und/oder der Bauteile 16 sowie ein Erwärmen des Klebstoffs, insbesondere des Hotmelts, oder des Trägers 12 für das Presskaschieren. In einem dritten Verfahrensschritt 3b werden die Heizfelder 34 aus dem Schließvolumen 30 herausgefahren. In einem vierten Verfahrensschritt 4b wird der Träger 12 mit dem Kaschierelement 14 verbunden und der Unterstützungsrahmen 38 aus dem Schließvolumen 30 entfernt. In einem fünften Verfahrensschritt 5b wird die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen und der Presskaschiervorgang sowie der Schweißvorgang erfolgen gleichzeitig. Bei diesem Verfahren erfolgt ein sogenanntes in die Fuge Heizen mittels des Kaschier-Heizfelds 42.
In einer ersten Variante dieses Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die Bauteile 16 in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt werden und der Träger 12 mittels des Unterstützungsrahmens 38 zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 positioniert wird. Es werden somit der Träger 12 und die als Schweißteile ausgebildeten Bauteile 16 in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt. Anschließend wird das Schweiß-Heizfeld 40 zwischen dem Unterstützungsrahmen 38 und dem zweiten Werkzeugteil 28 angeordnet, mittels des Schweiß-Heizfelds 40 der Träger 12 und/oder die Bauteile 16 für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert und anschließend das Schweiß-Heizfeld 40 außerhalb des Schließvolumens 30 angeordnet. Mit anderen Worten wird das Schweiß-Heizfeld 40 in das Schließvolumen 30 hineingefahren und die Bauteile 16 und/oder der Träger 12 werden bereichsweise plastifiziert. Anschließend werden das zweite Werkzeugteil 28 und der Unterstützungsrahmen 38 aufeinander zubewegt, wodurch der Träger 12 mit den Bauteilen 16 im Rahmen eines Schweißprozesses verschweißt wird. Im Anschluss daran wird der Unterstützungsrahmen 38 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Das Kaschierelement 14 kann parallel zum Schweißprozess in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt werden. Der mit den Bauteilen 16 verschweißte Träger 12 kann in eine Kaschierposition fahren. Hierfür kann das zweite Werkzeugteil 28 in Schließrichtung 32 auf das erste Werkzeugteil 26 zubewegt werden. Ist das zweite Werkzeugteil 28 bei dem Schweißprozess nicht das erste Werkzeugteil 26 in Schließrichtung 32 nach oben überdeckend und somit seitlich versetzt neben dem ersten Werkzeugteil 26 angeordnet, dann wird für das Anfahren der Kaschierposition das zweiten Werkzeugteil 28 derart verstellt, insbesondere verschwenkt, dass das zweite Werkzeugteil 28 in Schließrichtung 32 in Überdeckung mit dem ersten Werkzeugteil 26 gebracht wird. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Werkzeugteile 26, 28 auf einem Schiebetisch beziehungsweise auf einem Rundtisch angeordnet ist. Dies ermöglicht, dass die Werkzeugteile 26 ,28 zwischen der übereinander angeordneten Kaschierposition und einer insbesondere höhenversetzt nebeneinander angeordneten Verschwenkposition verstellt werden können. Dies ermöglicht, dass während das zweite Werkzeugteil 28 mit einem Schutzvorhang beim Schweißvorgang umschlossen ist, das erste Werkzeugteil 26 seitlich ausgeschwenkt angeordnet ist, wodurch das erste Werkzeugteil 26 seitlich neben dem Schutzvorhang angeordnet ist. Somit kann während der Schweißvorgang läuft das Kaschierelement 14 besonders einfach und besonders ungefährlich in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt werden. Während des Schweißvorgangs sind die Werkzeugteile in der Verschwenkposition angeordnet. Nach Abschluss des Schweißvorgangs können die Werkzeugteile 26, 28 wieder übereinander und somit in der Kaschierposition angeordnet werden, damit die Werkzeugvorrichtung 10 für das Presskaschieren in Schließrichtung 32 geschlossen werden kann.
Anschließend wird das Kaschier-Heizfeld 42 zwischen dem ersten Werkzeugteil 26 und dem zweiten Werkzeugteil 28 angeordnet, mittels des Kaschier-Heizfelds 42 der auf dem Träger 12 und/oder dem Kaschierelement 14 aufgetragene Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt und anschließend das Kaschier-Heizfeld 42 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Es erfolgt somit ein Erhitzen des Trägers 12 beziehungsweise des Klebstoffs mittels des Kaschier-Heizfelds 42. Nachdem das Kaschier-Heizfeld 42 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt worden ist, wird die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen, wodurch der Träger 12 mit dem Kaschierelement 14 presskaschiert wird. Parallel zu diesem Kaschierprozess können jeweilige Bauteile 16 für ein weiteres zu fertigendes Werkstück für ein Einlegen in die Werkzeugvorrichtung 10 bereitgelegt werden.
In einer zweiten Variante dieses Verfahrens ist es vorgesehen, dass sämtliche zu dem Werkstück miteinander zu verbindenden Komponenten zu Beginn in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt werden. Das bedeutet, dass das Kaschierelement 14 in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt wird, die Bauteile 16 in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt werden und der Träger 12 mittels des Unterstützungsrahmens 38 zwischen den Werkzeugteilen 26, 28 positioniert wird. Anschließend wird das Schweiß-Heizfeld 40 zwischen dem Unterstützungsrahmen 38 und dem zweiten Werkzeugteil 28 angeordnet, mittels des Schweiß-Heizfelds 40 werden der Träger 12 und/oder die Bauteile 16 für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert und anschließend wird das Schweiß- Heizfeld 40 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Das bedeutet, dass das Schweiß- Heizfeld 40 in das Schließvolumen 30 eingefahren wird und mittels des Schweiß-Heizfelds 40 die Bauteile 16 und/oder der Träger 12 zumindest bereichsweise plastifiziert werden. Anschließend erfolgt der Schweißprozess, indem das zweite Werkzeugteil 28 und der Unterstützungsrahmen 38 aufeinander zubewegt werden, wodurch der Träger 12 mit den Bauteile 16 verschweißt wird. Nach dem Schweißprozess wird der Unterstützungsrahmen 38 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Im Anschluss daran kann der Träger 12 mit den angeschweißten Bauteilen 16 in eine Anwärmposition bewegt werden. Hierbei kann der Träger 12 von dem zweiten Werkzeugteil 28 gemeinsam mit den Bauteilen 16 in die Anwärmposition bewegt werden. Im Anschluss daran wird das Kaschier-Heizfeld 42 zwischen dem ersten Werkzeugteil 26 und dem zweiten Werkzeugteil 28 angeordnet, mittels des Kaschier-Heizfelds 42 der auf dem Träger 12 und/oder dem Kaschierelement 14 aufgetragene Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt und anschließend das Kaschier- Heizfeld 42 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt. Es erfolgt somit ein Erhitzen des Trägers 12 beziehungsweise des Klebstoffs. Im Anschluss daran erfolgt der Kaschierprozess, in dem die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen wird, wodurch der Träger 12 mit dem Kaschierelement 14 presskaschiert wird.
In Fig. 3 ist mittels des Verfahrensschemas ein Verfahren dargestellt, bei welchem die Bauteile 16 mit dem Träger 12 verklebt werden. Um die Bauteile 16 mit dem Träger 12 verkleben zu können, ist es vorgesehen, dass mittels einer Robotereinrichtung 44 ein Klebstoff auf die zweite Seite 24 des Trägers 12 aufgetragen wird. Vorliegend ist die Robotereinrichtung 44 als Portalroboter ausgebildet, bei welchem ein Bearbeitungskopf 46 der Robotereinrichtung 44 entlang eines Portals 48 bewegt werden kann. Mittels des Bearbeitungskopfs 46 wird der Klebstoff auf die zweite Seite 24 des Trägers 12 aufgetragen. Bei dem Portal 48 handelt es sich um einen Rahmen der Robotereinrichtung 44, mittels welchem der Bearbeitungskopf 46 geführt ist. Bei diesem Verfahren ist es somit vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt 1c die zu dem Werkstück miteinander zu verbindenden Komponenten in die Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt werden. Das bedeutet, dass die Bauteile 16 in das zweite Werkzeugteil 28 eingelegt werden, wobei das Kaschierelement 14 in das erste Werkzeugteil 26 eingelegt wird und an dem Träger 12 vorfixiert ist. Alternativ ist es möglich, dass das Kaschierelement 14 auf dem ersten Werkzeugteil 26 angeordnet wird und anschließend der Träger 12 auf dem Kaschierelement 14 abgelegt wird. Gegebenenfalls kann das Kaschierelement 14 über Pins in seiner Position zum ersten Werkzeugteil 26, insbesondere dem Unterwerkzeug, gehalten und somit am ersten Werkzeugteil 26 positioniert werden. Anschließend wird die Robotereinrichtung 44 in das Schließvolumen 30 hineinbewegt und mittels des Bearbeitungskopfs 46 der Klebstoff, insbesondere ein Strukturkleber, auf die zweite Seite 24 des Trägers 12 in einem zweiten Verfahrensschritt V2c appliziert.
In einem dritten Verfahrensschritt 3c des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Robotereinrichtung 44 aus dem Schließvolumen 30 herausbewegt wird. Anschließend wird die Werkzeugvorrichtung 10 geschlossen, wodurch gleichzeitig die Bauteile 16 mit dem Träger 12 im Rahmen des Fügeprozesses geklebt und der Träger 12 mit dem Kaschierelement 14 presskaschiert wird. Als Varianten zu diesem Verfahren können der Träger 12 in das Oberwerkzeug eingelegt werden und/oder ein Abstandshalter für eine vorzuhaltende Klebefuge zwischen dem Träger 12 und den Bauteilen 16 vorgesehen sein. Als weitere Variante kann der Klebstoff mittels einer als Knickarmroboter ausgebildeten oder den Knickarmroboter umfassenden Robotereinrichtung 44 auf den Träger 12 aufgetragen werden.
Bei den jeweiligen Verfahren ist es vorgesehen, dass der Presskaschierprozess und der Fügeprozess zumindest im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden oder der Fügeprozess kurz vor dem Presskaschierprozess durchgeführt wird.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht in seinen unterschiedlichen Ausführungsformen, dass das Vorsehen von Pufferflächen und somit Zwischenlagerflächen zum Zwischenlagern von Halbfabrikaten zwischen dem Presskaschieren und dem Schweißen entfallen kann. Weiterhin können besonders kurze Durchlaufzeiten erreicht werden, da es nicht notwendig ist, nach dem Presskaschieren zu warten, bis der Kaschier-Klebstoff für eine Weiterverarbeitung ausreichend ausreagiert ist, bevor die weiteren Bauteile 16 an den Träger 12 gefügt werden können. Stattdessen entfallen jeweilige Pufferzeiten für das für die Weiterverarbeitung ausreichende Ausreagieren des Hotmelts vor dem Schweiß prozess und es ist kein eigenständiger beziehungsweise separater Prozess für das Presskaschieren und für das Fügen notwendig. Es werden bei dem Verfahren zwei Prozesse, vorliegend das Fügen und das Presskaschieren, in einem kombiniert. Diese Prozesse werden in der Werkzeugvorrichtung 10 und somit in einer einzigen Anlage durchgeführt. Es kann somit ein reduziertes Teilehandling erreicht werden.
Das Verfahren ermöglicht, dass in einer Produktionsanlage vorliegende Bestände besonders gering gehalten werden können, da das Werkstück besonders schnell hergestellt werden kann. Das Verfahren ermöglicht besonders einfache und schnelle Produktprüfungen hinsichtlich Schweißfestigkeit und Kaschierhaftung am gleichen Bauteil, da ein langes Warten zwischen dem Presskaschieren und dem Fügen entfällt. Das Verfahren ermöglicht weiterhin, dass Anlagen bzw. Werkzeuge eingespart werden können, da eine Hälfte der derzeit benötigten Anlagen und Werkzeuge je Projekt entfallen, da der Fügeprozess und der Presskaschierprozess mittels der Werkzeugvorrichtung 10 gemeinsam durchgeführt werden können. Weiterhin ermöglicht das Verfahren, dass eine Fläche eingespart werden kann, insbesondere eine Pufferfläche sowie eine Fertigungsfläche. Das Verfahren ermöglicht darüber hinaus, dass Energie zum Aufheizen und Abkühlen eingespart werden kann, da lediglich halb so viele Anlagen zu betreiben sind. Darüber hinaus können Fertigungsminuten und Maschinenminuten eingespart werden, insbesondere da Aufheiz- und Abkühlprozesse parallel verlaufen sowie lediglich halb so viele Anlagen zu betreiben sind. Weiterhin sind besonders wenige Mitarbeiter für Logistik und Fertigung erforderlich. Es können Synergieeffekte bei der Abkühlung genutzt werden, indem sowohl der Abkühlprozess des Presskaschierprozesses als auch des Fügeprozesses parallel laufen, wodurch ein besonders schnelles und gutes Kühlergebnis erreicht werden kann. Würde der Schweißprozess separat zum Presskaschierprozess und nach dem Presskaschierprozess durchgeführt werden, dann könnte eine Ablöserproblematik auftreten, sollte der Schweißprozess durchgeführt werden, wenn der Hotmelt noch nicht für eine Weiterverarbeitung ausreichend ausreagiert ist. Die im Zusammenhang mit den Fig. beschriebenen Verfahren ermöglichen eine besonders gute Eliminierung dieser Ablöserproblematik. Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein kombiniertes Presskaschieren und Fügen durchgeführt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Werkzeugvorrichtung
12 Träger
14 Kaschierelement
16 Bauteil
18 Airbagschusskanal
20 Luftkanal
22 erste Seite
24 zweite Seite
26 erstes Werkzeugteil
28 zweites Werkzeugteil
30 Schließvolumen
32 Schließrichtung
34 Heizfeld
36 Infrarotstrahler
38 Unterstützungsrahmen
40 Schweiß-Heizfeld
42 Kaschier-Heizfeld
44 Robotereinrichtung
46 Bearbeitungskopf
48 Portal

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, bei welchem mittels einer einzigen Werkzeugvorrichtung (10) ein Kaschierelement an einer ersten Seite (22) an einen Träger (12) presskaschiert wird und wenigstens ein Bauteil (16) an einer der ersten Seite (22) gegenüberliegenden zweiten Seite (24) an den Träger (12) gefügt wird, wodurch das Werkstück hergestellt wird, wobei das Kaschierelement (14) in ein erstes Werkzeugteil (26) und das wenigstens eine Bauteil (16) in ein zweites Werkzeugteil (28) der Werkzeugvorrichtung (10) eingelegt werden und das Presskaschieren durch Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauteil (16) mittels wenigstens einer der folgenden Methoden mit dem Träger (12) gefügt wird:
Infrarotschweißen
Heizelementschweißen
Ultraschallschweißen
Laserschweißen
Thermisches Nieten
Ultraschallnieten
Mechanisches Nieten Kleben.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) mittels eines Unterstützungsrahmens (38) zwischen dem wenigstens einen Bauteil (16) und dem Kaschierelement (14) positioniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) mit dem wenigstens einen Bauteil (16) gefügt wird, während der Träger (12) an dem Unterstützungsrahmen (38) gehalten ist, anschließend der Unterstützungsrahmen (38) von dem Träger (12) entfernt wird und danach die Werkzeugvorrichtung (10) geschlossen wird, um den Träger (12) mit dem Kaschierelement (14) zu presskaschieren.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Heizfeld (34) zwischen dem Träger (12) und dem Kaschierelement (14) und/oder zwischen dem Träger (12) und dem wenigstens einen Bauteil (16) angeordnet wird, und mittels dieses Heizfelds (34) zumindest ein Teil einer für das Presskaschieren oder das Fügen benötigten Wärme bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizfeld (34) vor dem Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) aus einer Heizposition, in welcher das Heizfeld (34) zwischen den Werkzeugteilen (26, 28) angeordnet ist und zumindest einen Teil der für das Presskaschieren oder das Fügen benötigten Wärme bereitstellt, in eine Verstauposition verstellt wird, in welcher das Heizfeld (34) außerhalb eines Volumens angeordnet ist, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, wodurch eine Kollision des Heizfelds (34) mit den Werkzeugteilen (26, 28) vermieden werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizfeld (34) ein Schweiß-Heizfeld (40) zwischen dem Träger (12) und dem wenigstens einen Bauteil (16) angeordnet wird, mittels welchem der Träger (12) und/oder das wenigstens eine Bauteil (16) für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizfeld (34) ein Kaschier-Heizfeld (42) zwischen dem Träger (12) und dem Kaschierelement (14) angeordnet wird, mittels welchem ein auf dem Träger (12) aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement (14) aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaschierelement (14) in das erste Werkzeugteil (26) eingelegt wird, das wenigstens eine Bauteil (16) in das zweite Werkzeugteil (28) eingelegt wird, und der Träger (12) mittels des Unterstützungsrahmens (38) zwischen den Werkzeugteilen (26, 28) positioniert wird, anschließend das Schweiß-Heizfeld (40) zwischen dem Unterstützungsrahmen (38) und dem zweiten Werkzeugteil (28) und das Kaschier-Heizfeld (42) zwischen dem ersten Werkzeugteil (26) und dem Unterstützungsrahmen (38) angeordnet werden, mittels des Schweiß-Heizfelds (40) der Träger (12) und/oder das wenigstens eine Bauteil (16) für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden und mittels des Kaschier-Heizfelds (42) ein auf dem Träger (12) aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement (14) aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird, anschließend beide Heizfelder (34) außerhalb des Volumens angeordnet werden, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, anschließend der Träger (12) auf dem Kaschierelement (14) abgelegt wird und der Unterstützungsrahmen (38) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, und anschließend die Werkzeugvorrichtung (10) geschlossen wird, wodurch gleichzeitig der Träger (12) mit dem Kaschierelement (14) presskaschiert wird und der Träger (12) mit dem wenigstens einen Bauteil (16) verschweißt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauteil (16) in das zweite Werkzeugteil (28) eingelegt wird und der Träger (12) mittels des Unterstützungsrahmens (38) zwischen den Werkzeugteilen (26, 28) positioniert wird, anschließend das Schweiß-Heizfeld (40) zwischen dem Unterstützungsrahmen (38) und dem zweiten Werkzeugteil (28) angeordnet wird, mittels des Schweiß- Heizfelds (40) der Träger (12) und/oder das wenigstens eine Bauteil (16) für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden und anschließend das Schweiß-Heizfeld (40) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, anschließend das zweite Werkzeugteil (28) und der Unterstützungsrahmen (38) aufeinander zu bewegt werden, wodurch der Träger (12) mit dem wenigstens einen Bauteil (16) verschweißt wird, anschließend der Unterstützungsrahmen (38) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, das Kaschierelement (14) in das erste Werkzeugteil (26) eingelegt wird, anschließend das Kaschier-Heizfeld (42) zwischen dem ersten Werkzeugteil (26) und dem zweiten Werkzeugteil (28) angeordnet wird, mittels des Kaschier- Heizfelds (42) ein auf dem Träger (12) aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement (14) aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird und das Kaschier-Heizfeld (42) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, und anschließend die Werkzeugvorrichtung (10) geschlossen wird, wodurch der Träger (12) mit dem Kaschierelement (14) presskaschiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaschierelement (14) in das erste Werkzeugteil (26) eingelegt wird, das wenigstens eine Bauteil (16) in das zweite Werkzeugteil (28) eingelegt wird und der Träger (12) mittels des Unterstützungsrahmens (38) zwischen den Werkzeugteilen (26, 28) positioniert wird, anschließend das Schweiß-Heizfeld (40) zwischen dem Unterstützungsrahmen (38) und dem zweiten Werkzeugteil (28) angeordnet wird, mittels des Schweiß- Heizfelds (40) der Träger (12) und/oder das wenigstens eine Bauteil (16) für das Schweißen zumindest bereichsweise plastifiziert werden und anschließend das Schweiß-Heizfeld (40) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, anschließend das zweite Werkzeugteil (28) und der Unterstützungsrahmen (38) aufeinander zu bewegt werden, wodurch der Träger (12) mit dem wenigstens einen Bauteil (16) verschweißt wird, anschließend der Unterstützungsrahmen (38) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, anschließend das Kaschier-Heizfeld (42) zwischen dem ersten Werkzeugteil (26) und dem zweiten Werkzeugteil (28) angeordnet wird, mittels des Kaschier- Heizfelds (42) ein auf dem Träger (12) aufgetragener Klebstoff und/oder ein auf dem Kaschierelement (14) aufgetragener Klebstoff für das Presskaschieren erwärmt wird und das Kaschier-Heizfeld (42) außerhalb des Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, und anschließend die Werkzeugvorrichtung (10) geschlossen wird, wodurch der Träger (12) mit dem Kaschierelement (14) presskaschiert wird.
12. Verfahren einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mittels wenigstens einem Infrarotstrahler (36) des Heizfelds (34) bereitgestellt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff für ein Ankleben des wenigstens einen Bauteils (16) mittels einer Robotereinrichtung (44) der Werkzeugvorrichtung (10) auf der zweiten Seite (24) des Trägers (12) aufgetragen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für das Aufträgen des Klebstoffs ein die Robotereinrichtung (44) tragender Rahmen (48) zwischen den Werkzeugteilen (26, 28) angeordnet wird und die Robotereinrichtung (44) mit dem Rahmen (48) nach dem Aufträgen des Klebstoffs außerhalb eines Volumens angeordnet wird, welches von den Werkzeugteilen (26, 28) beim Schließen der Werkzeugvorrichtung (10) durchfahren wird, wodurch eine Kollision des Rahmens (48) mit den Werkzeugteilen (26, 28) vermieden werden kann.
15. Werkzeugvorrichtung (10), mit einem ersten Werkzeugteil (26), in welches ein an einem Träger (12) zu befestigendes Kaschierelement (14) eingelegt werden kann, und mit einem zweiten Werkzeugteil (28), in welches wenigstens ein an dem Träger
(12) zu befestigendes Bauteil (16) eingelegt werden kann, wobei die Werkzeugvorrichtung (10) durch Bewegen des ersten Werkzeugteils (26) und des zweiten Werkzeugteils (28) aufeinander zu geschlossen werden kann, wobei die Werkzeugvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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