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Nachfolgende Ausführungen betreffen ein Verfahren zur Montage eines Anbauelements an einer Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Fahrzeugkarosserie, mit dessen Hilfe das Anbauelement einfach, kostengünstig und präzise montiert werden kann. Des Weiteren betreffen nachfolgende Ausführungen eine Befestigungsanordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Befestigungsanordnung.
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Es ist bekannt, dass das für die Montage von Anbauelementen an Fahrzeugkarosserien Zwischenelemente wie Halterungen, Haltebügel oder Träger verwendet werden können. Die Zwischenelemente können an der Karosserie befestigt und die Anbauelemente anschließend über das Zwischenelement mit der Fahrzeugkarosserie verbunden werden. Die Verwendung von Zwischenelementen ermöglicht eine präzisere Positionierung und Anpassung der Anbauelemente. Gleichzeitig erfordert eine derartige Anordnung zusätzliche Bauteile, was sich negativ auf das Gewicht und die Kosten auswirkt. Dadurch wird auch der Montageprozess komplexer und zeitaufwendiger. Im Montageprozess werden je nach Anwendungsfall eine Vielzahl von mechanischen Einstell-Lehren benötigt, die dabei derivate- und variantenspezifisch eingesetzt werden. Diese sind aufgrund der Variantenvielfalt in der Beschaffung und Wartung kostenintensiv. Bei Produktaufwertungen, neuen Modell- und Ausstattungsvarianten müssen zudem immer neue Einstell-Lehren beschafft werden, um eine qualitätsgerechte und prozessstabile Montage im Erstaufbau zu gewährleisten.
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Aus
DE 100 63 192 A1 ist eine lagegenaue Montage von Rückenlehnen im Fahrzeug bekannt, wobei mittels Industrierobotern stiftartige Fixierhilfen an der fest mit der Karosserie verbunden werden, wobei die Positionen der Fixierhilfen mittels Referenzpunkte an der Karosserie ermittelt werden. Die Beschläge können anschließend anhand dieser Fixierhilfen positioniert werden.
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Aus
DE 10 2009 035 177 A1 ist ein Verfahren zur Montage eines Anbauelements an einer Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Fahrzeugkarosserie, bekannt.
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Es besteht eine durchgehende Anforderung die Montage von Anbauelementen an Trägerstrukturen von Kraftfahrzeugen zu verbessern, zu stabilisieren und unter Berücksichtigung von qualitätsrelevanten Passungsmerkmalen diese variantenunabhängig zu gestalten.
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Ausgehend von dieser Situation ist es eine vorliegende Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Montage eines Anbauelements an einer Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs verbessert und unter Berücksichtigung von qualitätsrelevanten Passungsmerkmalen derivats und variantenunabhängig angewendet werden kann.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben. Sofern technisch möglich, können die Lehren der Unteransprüche beliebig mit den Lehren der Haupt- und Unteransprüche kombiniert werden.
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Insbesondere wird die Aufgabe demnach gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Anbauelements an einer Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Fahrzeugkarosserie, die folgenden Schritte aufweisend:
- - Vermessen der Trägerstruktur und Erstellen von Messdaten;
- - Berechnen einer ersten und zweiten Sollposition für die Positionierung von mindestens zwei Positionierelementen an der Trägerstruktur basierend auf den ermittelten Messdaten;
- - Befestigen eines ersten Positionierelements an der ersten Sollposition und eines zweiten Positionierelements an der zweiten Sollposition;
- - Positionieren einer Haltevorrichtung an der Trägerstruktur mit Hilfe des ersten und zweiten Positionierelements;
- - Befestigen der Haltevorrichtung an der Trägerstruktur mittels eines Befestigungselements;
- - Anordnen des Anbauelements an der Haltevorrichtung;
- - Befestigen des Anbauelements an der Haltevorrichtung und/oder der Trägerstruktur mittels mindestens eines Befestigungsmittels;
wobei die Haltevorrichtung ein erste Positionierkontur zur Aufnahme des ersten Positionierelements und eine zweite Positionierkontur zur Aufnahme des zweiten Positionierelements aufweist, wobei die erste Positionierkontur als Langloch und die zweite Positionierkontur als Rundloch ausgebildet ist.
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Die Anbauelemente können außerhalb und innerhalb des Kraftfahrzeugs an der Trägerstruktur montiert werden, wobei die Trägerstruktur als Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist. Die Montage des Anbauelements an der Trägerstruktur erfolgt mittelbar über die Haltevorrichtung. Dazu muss die Haltevorrichtung präzise an der Trägerstruktur ausgerichtet werden. Dies wird durch die mindestens zwei Positionierelemente gewährleistet, durch welche die Haltevorrichtung formschlüssig an der Trägerstruktur positionierbar ist. Zur Berechnung der notwendigen Sollpositionen zur Befestigung der Positionierelemente an der Trägerstruktur wird diese Vermessen und aus den ermittelten Messdaten die entsprechenden Sollpositionen für die Positionierelemente berechnet. Anschließend können die Positionierelemente an den Sollpositionen befestigt werden. Durch das Verfahren wird sichergestellt, dass die Montage der Anbauelemente an der Trägerstruktur ohne weiteren Einstellaufwand sicher, kostengünstig und präzise erfolgen kann. Optional können zusätzlich auch die Haltevorrichtung und/oder das Anbauelement vermessen werden. Dadurch kann mittels eines computergestützten Verfahrens aus unterschiedlichen Trägerstrukturen, Haltevorrichtungen und/oder Anbauelementen automatisch die benötigten Sollpositionen für die Befestigung der Positionierelemente an der jeweiligen Trägerstruktur für eine jeweilige Haltevorrichtung berechnet werden. Über die ermittelten Messdaten werden die unterschiedlichen maßlichen Beiträge der jeweiligen Komponenten identifiziert und durch die anschließende Verrechnung im Rahmen der vorgegebenen Systemgrenzen kompensiert.
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Nachfolgend werden vorteilige Aspekte erläutert und weiter nachfolgend bevorzugte modifizierte Ausführungsformen beschrieben. Erläuterungen, insbesondere zu Vorteilen und Definitionen von Merkmalen, sind dem Grunde nach beschreibende und bevorzugte, jedoch nicht limitierende Beispiele. Sofern eine Erläuterung limitierend ist, wird dies ausdrücklich erwähnt.
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Es ist bevorzugt, dass die Reihenfolge von Verfahrensschritten, soweit nicht technisch in einer expliziten Reihenfolge erforderlich, variiert werden kann. Besonders bevorzugt ist jedoch die vorgenannte Reihenfolge der Verfahrensschritte.
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Soweit Ordinalzahlen, zum Beispiel „erste“, „zweite“, usw., verwendet werden, beispielsweise zur Bezeichnung einer Komponente, eines Elements, eines Verfahrensschritts oder einer Verfahrenshandlung, so sind diese Ordinalzahlen rein zur Differenzierung in der Bezeichnung vorgesehen und zeigen keine Abhängigkeiten oder Reihenfolgen an. Das heißt insbesondere, dass beispielsweise eine Vorrichtung nicht eine „erste Komponente“ aufweisen muss, um eine „zweite Komponente“ aufzuweisen. Auch kann eine Vorrichtung eine „erste Komponente“, sowie eine „dritte Komponente“ aufweisen, ohne aber zwangsläufig eine „zweite Komponente“ aufzuweisen. Es können auch mehrere Einheiten der gleichen Ordinalzahl vorgesehen sein, also beispielsweise mehrere „erste Komponenten“.
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Die Vermessung der Trägerstruktur erfolgt insbesondere nach einem Lackiervorgang, bei dem die Oberfläche der Trägerstruktur beschichtet wurde. Die Ausrichtung der Haltevorrichtung an der Trägerstruktur erfolgt fahrzeugspezifisch mittels jeweils zwei an der Trägerstruktur befestigter Positionierelemente. Die Qualitätsmerkmale, die entscheidend für die Berechnung der Sollpositionen für die Positionierelemente sind, werden bevorzugt am Auslauf „Lack“ erfasst. Nach dem Lackiervorgang können die Spaltmaße der einzelnen Komponenten, insbesondere mehrerer Anbauteile untereinander oder eines Anbauelements relativ zur Trägerkonstruktion, auf ein vorbestimmtes Maß eingestellt werden.
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Die Positionierung einer oder mehrerer Haltevorrichtungen zur Anbindung des Anbauelements kann fahrzeugspezifisch anhand von jeweils zwei Positionierelementen pro Haltevorrichtung erfolgen, die insbesondere automatisiert an der Trägerstruktur befestigt werden können. Für die Positionierelemente können in einem definierten Fügebereich auf der Trägerstruktur, insbesondere einem Verbindungsflansch, der für die Anbindung der Haltevorrichtung vorgesehen ist, Sollpositionen berechnet werden, die eine fahrzeugspezifische Ausrichtung der Haltevorrichtung ermöglichen. Diese Sollpositionen können anhand eines Algorithmus basierend auf den durch die Vermessung der Trägerstruktur erfassten Ist-Zuständen der Trägerstruktur, einer oder mehrerer Haltevorrichtungen und des Anbauelements automatisiert berechnet werden. Alternativ kann für eine stufenweise Implementierung des Verfahrens lediglich die Trägerstruktur oder die Trägerstruktur und die eine oder mehreren Haltevorrichtungen vermessen werden. Dadurch können unter Berücksichtigung der gemessenen Form- und Lagetoleranzen der einzelnen Bauteile die Sollpositionen für die Anordnung der Positionierelemente an der Trägerstruktur berechnet werden. Da die Haltevorrichtung fahrzeugspezifisch ausgerichtet werden kann und eine Rückkopplung der erzielten Aufbauergebnisse in Form der ermittelten Messdaten mit dem Algorithmus der Sollpositionsberechnung möglich ist, hat das System mittels ML-Ansätzen (machine learning) das Potential sich kontinuierlich selbst zu optimieren.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Anbauelement flexibel oder formstabil ausgebildet ist. Je nachdem, ob das Anbauteil formstabil oder flexibel gestaltet ist, liegt ein reduzierter Einstellaufwand vor, oder dieser erübrigt sich komplett. Nach dem Einstellprozess wird das Anbauelement mittels des mindestens einen Befestigungsmittels an der Haltevorrichtung und/oder der Trägerstruktur befestigt.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Vermessen der Trägerstruktur mittels eines optischen Messverfahrens durchgeführt wird. Das optische Messverfahren kann insbesondere als Interferometrie, Lasertriangulation, Photogrammetrie, Time-of-Flight (ToF), Digitale Holografie die Trägerstruktur oder Dergleichen ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann dadurch die Vermessung schnell und präzise durchgeführt werden. Die erfassten Daten können anschließend mittels einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere einem Computer, ausgewertet werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein optisches Inline-Messverfahren durchgeführt wird. Dadurch kann die Trägerstruktur und wahlweise auch die restlichen Komponenten in Echtzeit überwacht und Messdaten kontinuierlich erfasst werden.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zur Berechnung der Sollpositionen der Konturverlauf der Trägerstruktur und/oder mindestens ein Verbindungsflansch der Trägerstruktur vermessen wird. Dadurch können gezielt die Bereiche und Positionen vermessen werden, an denen die Haltevorrichtung befestigt werden soll.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das erste Positionierelement an der ersten Sollposition und das zweite Positionierelement an der zweiten Sollposition mittels eines Klebstoffs an der Trägerstruktur befestigt sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass UV-Klebstoffe und/oder lichthärtende Klebstoffe verwendet werden. Auf die basierend auf den Messdaten der Trägerstruktur, der Haltevorrichtung und insbesondere des Anbauelements berechneten Positionen werden die Positionierelemente an der Trägerstruktur geklebt. Der taktzeitgebundene Klebeprozess wird bspw. durch die Verwendung eines UVhärtenden und/oder lichthärtenden Klebstoffs ermöglicht. Durch die kurze Aushärtezeit kann die Montagezeit verkürzt und Fertigungskosten eingespart werden.
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Es ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung ein erste Positionierkontur zur Aufnahme des ersten Positionierelements und eine zweite Positionierkontur zur Aufnahme des zweiten Positionierelements aufweist, wobei die erste Positionierkontur als Langloch und die zweite Positionierkontur als Rundloch ausgebildet ist. Die Positionierkonturen sind insbesondere jeweils als Sackloch ausgebildet. Durch die Positionierkonturenkann eine statisch bestimmte und spannungsfreie Ausrichtung der Haltevorrichtung anhand der befestigten Positionierelemente an der Trägerstruktur gewährleistet werden. Die Positionierelemente können somit als formgebende Referenzpunkte des Referenzpunktsystem (RPS) die Sekundär- und Tertiärebene zur Ausrichtung der Halteleiste bilden. Die Primärebene wird über die bestehende flächige Bauteilauflage an der Trägerstruktur bereitgestellt.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das erste Positionierelement und das zweite Positionierelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sind.
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Die Längserstreckungsachse der Positionierelemente erstrecken sich insbesondere orthogonal zu der Oberfläche der jeweiligen Sollposition. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Positionierelemente ausgebildet sind, um sich, insbesondere in Axialrichtung des jeweiligen Positionierelements und/oder der jeweiligen Positionierkontur, zumindest teilweise durch die Positionierkonturen der Haltevorrichtung zu erstrecken. Über die Positionierkonturen und die Positionierelemente kann die Haltevorrichtung formschlüssig an der Trägerstruktur positioniert werden. Insbesondere kann die Haltevorrichtung schwimmend gelagert sein. Dabei kann die zweite Positionierkontur als Festlager und die erste Positionierkontur als Loslager ausgebildet sein. Die Positionierelemente können zur leichteren Anordnung der Positionierkonturenüber den Positionierelementen an dem freien Endabschnitt einen sich verjüngenden Querschnitt (Einführschräge) aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Vermessen der Trägerstruktur und/oder das Befestigen des ersten Positionierelements an der ersten Sollposition und des zweiten Positionierelements an der zweiten Sollposition automatisiert, insbesondere maschinell, bevorzugt durch einen oder einer Vielzahl von Robotern, erfolgt. Durch die automatisierte, insbesondere maschinelle Vermessung der Trägerstruktur und wahlweise auch der Haltevorrichtung und/oder des Anbauelements, können die ermittelten Messdaten unmittelbar verarbeitet und die Anzahl der benötigten Positionierelemente durch ein computerimplementiertes Verfahren berechnet werden. Durch die automatisierte Befestigung der Positionierelemente an den jeweiligen Sollpositionen können diese präzise an der Trägerstruktur befestigt werden.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass für die Montage des Anbauelements an der Trägerstruktur eine Vielzahl von Haltevorrichtungen mit jeweils mindestens zwei Positionierelementen pro Haltevorrichtung vorgesehen sind. Insbesondere bei der Montage größerer Anbauelemente, kann dieses über eine Vielzahl von Haltevorrichtungen mit der Trägerstruktur verbunden werden. Für jede Haltevorrichtung werden jeweils zwei Positionierelemente an der Trägerstruktur befestigt. Die Berechnung oder die Bestimmung der benötigten Anzahl von Haltevorrichtungen sowie Sollpositionen erfolgt automatisch anhand der erstellten Messdaten.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Befestigungsanordnung aufweisend eine Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs, die insbesondere als Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist, zwei an der Trägerstruktur fügbare Positionierelemente, eine Haltevorrichtung und ein Anbauelement, wobei das Anbauelement gemäß einem Verfahren, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, an der Trägerstruktur montierbar ist.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer Befestigungsanordnung, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte technische Lösung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Formulierung „Figur“ ist in den Zeichnungen mit „Fig.“ abgekürzt.
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In den Zeichnungen zeigen
- 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Befestigungsanordnung während eines anfänglichen Verfahrensschritts zur Montage eines Anbauelements an eine Trägerstruktur;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht der Befestigungsanordnung gemäß 1 während eines weiteren Verfahrensschritts zur Montage eines Anbauelements an eine Trägerstruktur; und
- 3 eine schematische Querschnittsansicht der Befestigungsanordnung gemäß 2 während eines abschließenden Verfahrensschritts.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann eigenständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen Ausführungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, das für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Anspruchskategorie beschrieben wird, kann auch in entsprechender Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Anspruchskategorie eingesetzt werden.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Befestigungsanordnung 10 während eines anfänglichen Verfahrensschritts zur Montage eines Anbauelements 30 an eine Trägerstruktur 12, wobei zunächst die Trägerstruktur 12 vermessen wird und aus den ermittelten Messdaten eine erste und eine zweite Sollposition für die Befestigung eines ersten Positionierelements 14 und eines zweiten Positionierelements 16 an der Trägerstruktur 12 berechnet werden. Die Positionierelemente 14, 16 werden daraufhin mittels eines Klebstoffs 18 an der Trägerstruktur 12 befestigt. Durch die Verwendung bspw. von UV-Klebstoffen und/oder lichthärtenden Klebstoffen kann der Klebstoff 18 schnell austrocknen und die Positionierelemente 14, 16 sicher an der Trägerstruktur 12 befestigt werden.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Befestigungsanordnung 10 gemäß 1 während eines weiteren Verfahrensschritts zur Montage eines Anbauelements 30 an eine Trägerstruktur 12, wobei eine Haltevorrichtung 20, die an einer der Trägerstruktur 12 zugewandten Kontaktfläche eine erste Positionierkontur 24 und eine zweite Positionierkontur 26 aufweist, über die Positionierelemente 14, 16 an der Trägerstruktur 12 formschlüssig positioniert wird. Dabei werden die Positionierkonturen 24, 26 über die Positionierelemente 14, 16 gestülpt. Die erste Positionierkontur 24 kann als Langloch und die zweite Positionierkontur 26 als Rundloch ausgebildet sein. Die zylindrisch ausgebildeten Positionierelemente 14, 16 erstrecken sich zumindest teilweise in axialer Richtung in die Positionierkonturen 24, 26. Dadurch wird ein Formschluss mit der Haltevorrichtung 20 erreicht. Anschließend wird die Haltevorrichtung 20 mittels eines Befestigungselements 22 kraft- und formschlüssig mit der Trägerstruktur 12 verbunden. Die Positionierung der Haltevorrichtung 20 an der Trägerstruktur 12 kann folglich schnell, einfach und präzise erfolgen. Dies begünstigt eine kostengünstiges Montageverfahren.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Befestigungsanordnung 10 gemäß 2 während eines abschließenden Verfahrensschritts, wobei ein Anbauelement 30 an der Haltevorrichtung 20 fügbar ist und mittels eines Befestigungsmittels 32 an der Haltevorrichtung 20 befestigt wird. Zusätzlich weisen die Haltevorrichtung 20 und das Anbauelement 30 eine Schnappverbindung 28 zur formschlüssigen Arretierung des Anbauelements 30 an der Haltevorrichtung 30 auf. Die mittelbare Montage des Anbauelements 30 an der Trägerstruktur 12 kann folglich schnell, einfach und präzise erfolgen. Somit wird ein kostengünstiges Montageverfahren ermöglicht.