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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Kraftfahrzeugkarosserie, das ermöglicht, die Werkzeugausrüstungen an den
Montagestellen gewichtsmäßig maximal zu verringern, um den Einsatz von Robotern als
Werkzeuge zur geometrischen Ausrichtung der Karosserie an der Schweißstelle
und/oder als Werkzeuge zur Handhabung von zu montierenden
Karosserieteilsystemen zu gestatten.
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In den derzeitigen Montagestraßen zur Montage von Kraftfahrzeugkarosserien
wird die geometrische Ausrichtung der Teilsysteme zueinander und zu
Schweißrobotern mittels starrer und schwerer Werkzeugausrüstungen sichergestellt. Die
Karosserieteile sind allerdings von Natur aus leicht verformbar, wenn sie
Belastungen ausgesetzt werden, und die Werkzeugausrüstungen, die zum
Herstellen einer Karosserie mit vorgegebener und reproduzierbarer Geometrie
eingesetzt werden, haben eine doppelte Funktion: erstens bilden sie eine Bewehrung
für jedes der leicht verformbaren Teilsysteme, um diese zu versteifen, und
zweitens bilden sie eine stabile Schnittstelle, die ein genaues Positionieren in einem
festen Bezugssystem ermöglicht, welches das der Schweißroboter ist.
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Genauer gesagt unterscheidet man derzeit zwei große Gruppen von
Schweißmontagestellen zum Montieren einer Kraftfahrzeugkarosserie. Bei der ersten
Gruppe gelangt die Karosserie vorfixiert in eine Montagestelle, und die
Werkzeuge halten die Geometrie dieser Karosserie aufrecht. Bei der zweiten Gruppe
wird die Karosserie einer Montagestelle in Teilsystemen mittels eines
Montagerahmens zugeführt und deren Geometrie wird entweder wie zuvor durch
Werkzeuge, die zu den Schweißstellen gehören, oder durch eine Interlokalisierung der
Montagerahmen relativ zueinander auf einer Basis aufrechterhalten, die selbst in
der Schweißstelle referenziert ist.
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Zum Aufzeigen der wichtigsten Teilsysteme, die eine Fahrzeugkarosserie bilden,
wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Fahrzeugboden 1 dargestellt ist,
der die untere Struktur der Karosserie bildet, mit einem davor angeordneten
Motorraum 2, der eine Kastenstruktur hat, die selbst eine relativ hohe Steifigkeit
besitzt.
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Ein weiteres Teilsystem ist aus einer Ladekante 3 gebildet, die dazu bestimmt ist,
an dem Fahrzeugboden und am hinteren Teil der beiden Karosserieseitenteile,
wie z. B. 4 (in Fig. 1 ist nur eines gezeigt), befestigt zu werden, wobei diese
Karosserieseitenteile ferner seitlich am Fahrzeugboden 1 montiert werden. Eine
vierte Gruppe von Elementen, die aus einem plattenförmigen Dachelement 5 und
zwei Querträgern 6 und 7 besteht, erstreckt sich im oberen Teil zwischen den
beiden Karosserieseitenteilen und genauer gesagt zwischen den beiden oberen
Teilen dieser Karosserieseitenteile, wie z. B. 4, die Längsträger genannt werden.
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Bei der ersten Montagegruppe ist die dargestellte Einheit bereits vormontiert und
gelangt auf einer Basis zur Schweißstelle, die den Fahrzeugboden 1 auf
referenzierte Weise trägt. Die Werkzeuge zur geometrischen Ausrichtung sind dann aus
Rahmen gebildet, die an diese Struktur herangerückt werden, um sich dort
anzukuppeln, und gleichzeitig entweder in einem Hauptgestell oder durch Verriegelung
miteinander in festgelegten Positionen gehalten werden. Ein Beispiel für diese
Gruppe ist in dem Dokument US-4973817 aufgezeigt.
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Bei der zweiten Gruppe gelangt der Fahrzeugboden für sich zur Schweißstelle auf
einer Basis, in der er referenziert ist und die selbst mit Genauigkeit in das
Bezugssystem der Montagestelle eingesetzt wird, während die anderen Teilsysteme
jeweils mit einem Montagerahmen verbunden sind (im allgemeinen ein Rahmen
mit Befestigungszangen zum Befestigen der Teilsysteme), die auf der Basis
montiert und relativ zu dieser positioniert werden, entweder durch äußere Werkzeuge,
die zu einem Hauptgestell gehören, oder durch gegenseitige Verriegelung, um ein
"starres", nicht verformbares Gehäuse auszubilden, in dem die Teilsysteme relativ
zueinander und zu dem Schweißroboter in korrekter Position sind, um geschweißt
zu werden. Ein Beispiel für diese zweite Gruppe kann man in dem Dokument WO-
95/19868 finden, das ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zum
relativen Positionieren von Elementen einer Kraftfahrzeugkarosserie beschreibt und die
ersten Schritte des im Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung beanspruchten
Verfahrens aufweist, ohne jedoch Verstrebungsmittel einzusetzen.
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Der größte Nachteil dieser Schweißstellen liegt in dem hohen Gewicht und dem
großen Raumbedarf der Werkzeuge zur geometrischen Ausrichtung, die
einerseits den Zugang für die Schweißroboter einschränken und andererseits - und vor
allem - für ihre Handhabung den Einsatz von Mitteln erfordern, die robust sein
müssen und folglich ebenfalls einen großen Raumbedarf haben. Derzeit ist es
nicht möglich, für diese Handhabung Roboter einzusetzen, von denen man weiß,
daß die maximale Belastung 250 bis 350 kg nicht übersteigen darf.
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Die vorliegende Erfindung ging aus der Beobachtung hervor, gemäß der die
größten Probleme bei der geometrischen Ausrichtung einer
Kraftfahrzeugkarosserie an dem Ende des Fahrzeugbodens auftreten, das dem Motorraum
entgegengesetzt ist, d. h. an einer Stelle, an der der Fahrzeugboden selbst relativ
leicht verformbar ist. Dagegen hat man auf der Motorraumseite dieses
Fahrzeugbodens festgestellt, daß es nützlich wäre, ja sogar ausreichend, aus der Steifigkeit
desselben einen Vorteil zu ziehen, da dieser Motorraum eine Kastenform hat, die
nahezu nicht verformbar ist, zumindest nicht gegenüber den Kräften, die beim
Halten der montierten Teilsysteme in einer Schweißstelle vor oder während des
Schweißens ausgeübt werden.
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Folglich ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer
Kraftfahrzeugkarosserie, umfassend mindestens einen Montageschritt zur
Montage eines Fahrzeugbodens an Karosserieseitenteile, wobei der Fahrzeugboden
an einem Ende einen steifen Motorraum hat und in eine vorgegebene Position in
einem orthogonalen Bezugssystem mit den Richtungen X, Y, Z einer
Montagestelle eingesetzt wird, wobei das Verfahren darin besteht, die
Karosserieseitenteile in das Bezugssystem der Montagestelle einzusetzen und in ihrer Position zu
halten, mit Hilfe von zwei parallelen Werkzeugen, die jeweils mit einem
Karosserieseitenteil zusammenwirken, und mindestens einem zu diesen parallelen
Werkzeugen transversalen Werkzeug, wobei die drei Werkzeuge miteinander und mit
dem Bezugssystem der Montagestelle derart verbunden sind, daß das
transversale Werkzeug in eine genaue und in diesem Bezugssystem arretierte Position
eingesetzt und dort gehalten wird und daß es ein Werkzeug zur Verstrebung und
Versteifung in der Y-Richtung für die beiden parallelen Werkzeuge in einem vom
Motorraum des Fahrzeugbodens entfernten Bereich bildet, wobei dieses
Verfahren ferner darin besteht, eine von jedem der parallelen Werkzeuge mindestens
auf die Seitenteile des Motorraums des Fahrzeugbodens aufgebrachte Kraft
während der Montage der Karosserieseitenteile mit diesem Fahrzeugboden aufrecht
zu halten.
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Es gibt verschiedene Arten zum Befestigen und Halten des transversalen
Werkzeugs in einer genauen und in dem Bezugssystem der Montagestelle arretierten
Position. So kann man dieses Werkzeug derart in Aufnahmeorganen anordnen,
die zur Montagestelle (oder zum Fahrzeugbodenträger) gehören, daß seine
gesamten Freiheitsgrade blockiert sind. Die parallelen Werkzeuge sind an diesem
Halten nicht beteiligt. In einem anderen Fall können sie zu diesem Halten
beitragen, indem sie beispielsweise in X-Richtung und in Z-Richtung in dem
Bezugssystem blockiert sind, wobei das transversale Werkzeug nur in Y-Richtung
blockiert ist und mit den parallelen Werkzeugen zusammenwirkt, um in X-Richtung
und in Z-Richtung blockiert zu sein. Man kann zahlreiche Varianten finden, um
diese Befestigung und dieses Halten des transversalen Werkzeugs zu bewirken,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Dieses Verfahren kann in jeder der beiden großen Montagegruppen zur Montage
einer Kraftfahrzeugkarosserie angewendet werden. In dem Fall, in dem die beiden
Karosserieseitenteile vormontiert am Fahrzeugboden zur Schweißstelle kommen,
kann in der Tat ein Arbeitsvorgang wie folgt sein: das transversale Werkzeug wird
an die vormontierte Karosserie herangerückt, um die Ladekante, wenn sie
vorhanden ist, aufzunehmen und anschließend völlig in dem Bezugssystem der
Montagestelle blockiert zu werden; dann werden die parallelen seitlichen
Werkzeuge an die Karosserieseitenteile herangerückt, die sie aufnehmen und mittels
Greifzangen, die sie zu diesem Zweck auf an sich bekannte Weise haben,
versteifen, anschließend werden sie in der X- Richtung und der Z-Richtung auf
Trägern, die die Montagestelle besitzt, blockiert, nämlich für die eine oder die andere
dieser Blockierungen mittels des transversalen Werkzeugs und in Y-Richtung
durch Zusammenwirken mit dem transversalen Werkzeug über eines ihrer Enden,
während ein Schubmittel gegen ihr anderes Ende nahe dem Motorraum
eingesetzt wird, um die Karosserieseitenteile gegen diesen Motorraum zu drücken.
Dieses Schubmittel kann ein einfacher Zylinder sein, der sich zwischen der
Montagestelle und jedem der seitlichen Werkzeuge erstreckt, während er zum Zeitpunkt
des Ankoppelns und des Entfernens dieser Werkzeuge zurückgenommen werden
kann.
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Bei bestimmten Karosserien wird keine Ladekante eingesetzt; aus diesem Grunde
dient das transversale Werkzeug dort als einziges zur Anlageverstrebung und zur
Versteifung der parallelen Werkzeuge hinten an der Karosserie.
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Bei der zweiten Gruppe von Montagestellen bilden die Werkzeuge Träger z. B. für
die Ladekante und die Karosserieseitenteile und werden beladen mit diesen
Teilsystemen der Schweißstelle zugeführt, wo sie beispielsweise wie zuvor erwähnt
plaziert werden.
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Bei bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, seitliche Werkzeuge
vorzusehen, die auf der Seite ihres dem Motorraum nahen Endes mit Elementen zur
gegenseitigen Anlage versehen sind, die unter der Wirkung des Schubes in die Y-
Richtung, den sie erfahren, miteinander in Kontakt kommen, und dies in dem Fall,
in dem die Steifigkeit des Motorraums als unzureichend bemessen wird, oder um
einer zu starken Quetschung dieses Motorraums zwischen den beiden
Werkzeugen vorzubeugen. Diese Anlageelemente können Mittel für eine verriegelte
Verbindung haben, die die Schubzylinder von der Wirkung der Kräfte auf die
Karosserie entlasten können, die dazu neigen, die Karosserieseitenteile
auseinanderzuspreizen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
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Fig. 1 einen Strukturtyp einer Fahrzeugkarosserie,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung zum Aufzeigen des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
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Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Montage- und Schweißstelle, in der
das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird.
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In Fig. 2 ist mit 10 ein ortfestes Gestell einer Montagestelle zur Montage einer
Fahrzeugkarosserie bezeichnet, das ein Bezugssystem X, Y, Z hat. In dieses
Gestell kann ein Träger für den Fahrzeugboden 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie
eingebracht werden. Die Mittel zum Einbringen dieses Trägers und zum Positionieren
desselben in dem Bezugssystem X, Y, Z sind an sich bekannt und nicht gezeigt.
Dieser Träger kann beispielsweise aus einer Palette gebildet sein, die sich mittels
eines Förderers bewegt, der entlang der X-Richtung über das Gestell 10 fährt,
wobei in dem Gestell Hubmittel vorgesehen sind, um die Palette von dem
Förderer zu lösen und sie in dem Bezugssystem X, Y, Z zu referenzieren. Ein
transversales Werkzeug im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ist symbolisch in
Form eines Rahmens 11 dargestellt, der quer zur X-Richtung verläuft und dazu
geeignet ist, beispielsweise mittels Stützklötze 12 am Gestell 10 angekuppelt zu
werden, wobei diese Klötze und der Rahmen 11 mit Mitteln zum Zusammenwirken
versehen sind, damit der Rahmen 11 in X, Y, Z-Richtung derart blockiert wird, daß
die sechs Freiheitsgrade des Rahmens in bezug auf die Montagestelle beseitigt
werden (die drei Translationsbewegungen in X-, Y- und Z-Richtung und die drei
Drehbewegungen um diese Richtungen). Parallele seitliche Werkzeuge in Form
von Rahmen 13 und 14 können daraufhin in dem Gestell 10 angeordnet werden.
Diese seitlichen Werkzeuge ruhen auf den Klötzen 15 bzw. 16, wodurch ihre
Position in Z-Richtung festgestellt wird und lehnen mit ihren hinteren Stützen 13a
und 14a an den vertikalen Stützen 11a und 11b des Rahmens 11, wodurch ihre
Position in Y-Richtung wenigstens für den hinteren Teil festgestellt ist. Zwischen
den Stützen 11a, 11b, 13a und 14a können Verriegelungsmittel vorhanden sein,
die die Rahmen 13 und 14 in einer durch den Rahmen 11 verstrebten und
versteiften vertikalen Position halten und die ferner dazu dienen können, die Rahmen
13 und 14 in ihrer Position entlang der X-Richtung festzustellen. Dieses
Feststellen in X-Richtung kann ebenso durch jedes Mittel sichergestellt werden, das
von einem der Klötze 15 oder 16 getragen wird und mit den Rahmen 13 und 14
zusammenwirkt (Zentrierzapfen, Nut, ...).
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Analog dazu kann man vorsehen, daß die Rahmen 13 und 14 die
Blockierelemente zum Blockieren des Rahmens 11 in X- und Z-Richtung bilden, der selbst
nur über einen Klotz, der ihn in Y-Richtung blockiert (beispielsweise über einen Z-
Achsen-Zentrierzapfen), direkt mit dem Gestell 10 zusammenwirkt.
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Der Teil der Rahmen 13 und 14, der den Stützen 13a und 14a entgegengesetzt
ist, ist nicht in Y-Richtung blockiert. Folglich kann man diese aneinanderrücken,
indem man auf diesen vorderen Teil in Y-Richtung eine Kraft ausübt. Parallel zur
Y-Richtung verlaufende Verlängerungen 13b und 14b, die fest mit den Rahmen
13 und 14 verbunden sind, bilden gegenseitige Anschlagmittel für diese, die deren
Annäherung beschränken und gegebenenfalls ihre Verbindung gestatten.
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In Fig. 3 findet man gewisse der bereits beschriebenen Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen wieder. Auf einer seiner Seiten ist der Rahmen 11 hier mit
Greif- und Manipulationsmitteln für einen Roboter 20 für seine Handhabung
versehen. Auf seiner anderen Seite hat der Rahmen 11 Zangen, um mit der
Ladekante 3 zusammenzuwirken. Dieses Zusammenwirken kann in dem Augenblick
zustande kommen, in dem der Rahmen 11 in dem Gestell der Montagestelle 10
angeordnet wird, wobei die Ladekante 3 dann an dem Fahrzeugboden 1 und an
den Karosserieseitenteilen 4a und 4b, die bereits in dem Gestell der Montagestelle
eingesetzt sind, vormontiert ist. Diese Zangen können auch Mittel zum
Ankuppeln des Rahmens 11 und der Ladekante 3 bilden, die außerhalb der
Montagestraße eingesetzt werden, wobei der Rahmen 11 dann eine Art Transportpalette
zum Transport der Ladekante 3 bildet, die der Roboter 20 in die Montagestelle
einsetzen wird. Man erkennt in dieser Figur, daß die Klötze 12 über vier
Befestigungspunkte mit dem Rahmen 11 zusammenwirken, die eine vollkommene
Blockierung des Rahmens 11 in dem Gestell 10 sowohl hinsichtlich einer
Translationsbewegung in X-, Y- und Z-Richtung als auch hinsichtlich einer Drehung um
diese sicherstellen können.
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Über einen Roboter 21 wird der Montagestelle 10 der seitliche Rahmen 14
zugeführt. Er ruht auf den Klötzen 16 und ist gegen die Stütze 11b des Rahmens 11
gelehnt, wo er durch nicht gezeigte Mittel verriegelt ist. Der Rahmen 14 ist mit
dem Karosserieseitenteil 4a versehen. Auf gleiche Weise wird der Rahmen 13
über einen Roboter 22 der Montagestelle zugeführt, ruht auf den Klötzen 15, lehnt
gegen die Stütze 11a am Ende des Rahmens 11 und ist dort verriegelt.
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Man erkennt, daß der hintere Teil der Karosserieseitenteile 4a und 4b folglich in
bezug auf den Fahrzeugboden einwandfrei positioniert ist und dies durch einfache
und leichte Mittel auf sehr starre Weise.
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Das Positionieren der Karosserieseitenteile vor dem Fahrzeugboden wird durch
ein einfaches Schieben F der Rahmen 13 und 14 zueinander und folglich gegen
den steifen Motorraum 2 des Fahrzeugbodens 1 sichergestellt.
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Dann fährt man mit der Verbindung oder dem Vervollständigen der Verbindung
der Karosserieseitenteile und des Fahrzeugbodens durch Punktschweißen mittels
nicht gezeigter Roboter fort, von denen man weiß, daß sie über große
Zugangsbereiche verfügen, um ihre Arbeit zu verrichten.
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Das Einsetzen der in Fig. 1 gezeigten plattenförmigen Dach- und Querelemente
zwischen die Karosserieseitenteile kann in der gleichen Montagestelle oder in der
folgenden Montagestelle erfolgen. Um dies auszuführen, reicht es aus, die
Dachstruktur, d. h. das plattenförmige Dachelement 5 und die Querträger 6 und 7,
zwischen die Längsträger (oberer Teil) der Karosserieseitenteile 4a und 4b mittels
eines rahmenförmigen Gestells einzusetzen, die Karosserieseitenteile aneinander
und folglich an die Dachstruktur heranzurücken und zu schweißen. Denn es ist
illusorisch, die Geometrie der Karosserie relativ zu einem Bezugspunkt des festen
Bezugssystems von oben herab festzulegen, da die endgültige Geometrie dieses
oberen Teils der Karosserie von dem Gleichgewicht der Federkräfte zwischen
dem oberen Teil der Karosserieseitenteile, der eine große elastische Verformung
aufweist, und der Dachstruktur des Fahrzeugs abhängt.
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Wie der Rahmen 11 mit der Ladekante 3, können die Rahmen 13 und 14 mit den
Karosserieseitenteilen zusammenwirken, entweder als Fördermittel für diese, um
sie der allgemeinen Montagestelle zuzuführen, oder als Mittel zu ihrer
geometrischen Ausrichtung, wenn die Karosserie der Montagestelle im vormontierten
Zustand zugeführt wird.