DE10061309A1 - Verfahren zur Verbindung von Seitenteil und Dachteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Handhabungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur Verbindung von Seitenteil und Dachteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Handhabungseinrichtung

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von Seitenteil (1) und Dachteil (4) sieht vor, dass zunächst in üblicher Weise die Seitenteile (1) und die Dachquerträger (5) miteinander verschweißt werden, dann das Dachteil (4) mit einer Handhabungseinrichtung (21) zwischen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordneten Bereichen (10b) der Seitenteile (1) mit möglichst gleichbleibender Breite der beiden Spalte (18) positioniert und anschließend die Seitenränder (4a, 4b) des Dachteiles (4) bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Stahl mit Hilfe einer den Spalt (18) ausfüllenden Lötnaht (6) oder bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Aluminium mit Hilfe einer Aluminiumschweißnaht unter Zuführung von Aluminiumdraht verbunden werden. Darüber hinaus ist die Verbindung von Seitenteil (1) und Dachteil (4) dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Seitenränder (4a, 4b) der beschnittenen oder zu einem spitzen Winkel umgebogenen Längskante des Dachteiles (4) mit einem senkrechten oder im Wesentlichen senkrechten Bereich (10b) der Seitenteile (1) bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Stahl als durchgehende Lötnaht (6) ober bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Aluminium als durchgehende Schweißnaht mit Aluminiumdrahtzuführung ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung von Seitenteil und Dachteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, wobei die Teile aus Stahl oder Aluminium bestehen, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und eine dazu geeignete Handhabungseinrichtung.
Aus der EP 771 605 A2 ist eine derartige Verbindung bekannt, bei der ein Dachbauteil mit dem die Dachleiste bildenden Bauteil, das mit dem Seitenteil identisch ist, durch Laserschweißen verbunden wird. Die aus dieser Schrift bekannte Konstruktion ist in der beigefügten Fig. 4 als Stand der Technik nochmals dargestellt. Das Besondere dieser Konstruktion ist, dass zwischen Dachbauteil und Seitenteil immer ein Spalt A vorhanden ist, der mit einer Leiste abgedeckt wird. Diese Abdeckung ist heutzutage aus optischen Gründen oft nicht erwünscht. Bei einigen Fahrzeugen ist man daher dazu übergegangen, diese Abdeckleiste in Wagenfarbe zu lackieren. Dieser Spalt A wird bei den Konstruktionen nach dem dargestellten Stand der Technik deshalb benötigt, weil zunächst die Seitenteile mit den unter dem eigentlichen Dach angeordneten Dachquerträgern verschweißt werden müssen und in den dadurch vorgegebenen Abstand der beiden gegenüberliegenden Seitenteile nachträglich das Dach eingefügt werden muss. Um keine Probleme mit Maßdifferenzen des Daches oder des Abstandes der beiden Seitenteile zueinander zu bekommen, wird ausreichend Platz vorgegeben, um die Ränder des Daches mit dem Seitenteil verschweißen zu können. Um diese Problemstelle für den normalen Betrachter "unsichtbar" zu machen, hat man sie beim Stand der Technik "versenkt" und daher den Übergang von Seitenteil zu Dach in die Dachrinne verlegt und mit einer Leiste abgedeckt.
Zum Stand der Technik gehört es außerdem, statt des üblichen Verschweißen der Bleche, die Fügestellen von Automobilaußenkarosserien durch Laserstrahlhartlöten unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen herzustellen (vgl. Lasermagazin 3193, Seite 12-14). Dort wird festgestellt, dass im Vergleich mit dem Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht das Laserstrahlhartlöten den Vorteil der einfacheren Nachbearbeitung auf Grund des weicheren Zusatzwerkstoffes und auf Grund der Bearbeitung außerhalb des Fokus eine größere Unabhängigkeit von den Toleranzen des Blechzuschnittes bietet.
Auf einer Fachtagung mit dem Titel "Prozeßkette Karosserie" am 11.02. und 12.02.1999 des Fraunhofer Institutes für Produktionstechnik und Automatisierung in Fellbach wurde darüber hinaus berichtet, dass zwei Einzelteile (Seitenwandrahmen und Seite außen) zu einem Seitenteil erfolgreich durch Laserlöten verbunden wurden. Nach den dortigen Ausführungen wurde sowohl die geforderte Festigkeit als auch der hohe Anspruch an die Optik mit diesem Laserlötverfahren realisiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neues Verfahren zur Verbindung von Seitenteil und Dachteil eines Kraftfahrzeuges vorzuschlagen, wobei auf die bisher übliche Dachrinne mit Abdeckleiste weitgehend verzichtet und trotzdem eine einfache und optisch einwandfreie Übergangsstelle erreicht wird. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und eine Handhabungseinrichtung zur Herstellung einer derartigen Verbindung vorgeschlagen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1, 4 und 10 wiedergegeben. Die Ansprüche 2, 3 und 5 bis 9 enthalten sinnvolle Ausführungsformen hierzu und Verfahrensvorschläge zur Herstellung dieser Verbindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zunächst in üblicher Weise die Seitenteile und die Dachquerträger miteinander verschweißt werden, dann das Dachteil mit einer Handhabungseinrichtung zwischen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordneten Bereichen der Seitenteile mit möglichst gleichbleibender Breite der beiden Spalte positioniert und anschließend die Seitenränder des Dachteiles bei Verbindung von Teilen aus Stahl mit Hilfe einer den Spalt ausfüllenden Lötnaht oder bei Verbindung von Teilen aus Aluminium mit Hilfe einer Aluminiumschweißnaht unter Zuführung von Aluminiumdraht verbunden werden.
Entscheidend für die erfindungsgemäße Idee ist hierbei, dass das Dachteil sich ohne eine Blocksituation zwischen den Seitenteilen einlegen lässt. Dafür ist ein fertigungsgedingter Spalt zwischen Seitenteil und Dachteil erforderlich, der aber erfindungsgemäß so definiert wird, dass der Spalt zwischen den Seitenrändern des Dachteiles mit Löt- oder Aluminiummaterial unter Bildung einer Kehlnaht ausgefüllt wird. Erfindungsgemäß kann dieser Spalt zwischen 0,3 und 4 mm breit sein.
Nach dem Aufsetzen des Dachteiles auf den zuvor in der Anlage positionierten Karosserieaufbau wird die Lage des Dachteiles zum Seitenteil mit Meßsensoren vermessen und mit einer an einem Roboterarm schwimmend gelagerten Handhabungsvorrichtung parallel und mit dem ermittelten Spaltabstand zum Seitenteil ausgerichtet und positioniert. Für den eigentlichen Verbindungsvorgang, vorzugsweise das Laserstrahlhartlöten bei Teilen aus Stahl oder das Laserstrahlschweißen mit Aluminiumdrahtzuführung bei Teilen aus Aluminium, wird das Dachteil mit relativ geringem Druck herunter gedrückt gegen an den Seitenteilen angeordnete Auflagen. Um eine bleibende Verformung oder Beschädigungen an dem Dachteil zu vermeiden, hat sich die Verwendung eines mit Druckluft beaufschlagbaren Schlauchelementes als sinnvoll erwiesen, das vorzugsweise ebenfalls an der Handhabungseinrichtung für das Dachteil angeordnet ist. Der Schlauch wird erfindungsgemäß von einem im Querschnitt omegaförmigen Rohrsegment von außen und oben gehalten. Der omegaförmige Querschnitt verhindert dabei auch bei Absenken des Luftdruckes ein Lösen des Schlauches von dem Rohrsegment. Das Rohrsegment kann direkt, insbesondere schwimmend an einem Roboterarm oder einer sonstigen Handhabungseinrichtung gelagert sein und mit dieser auf das Dachteil angesenkt werden. Besonders günstig kann es sein, wenn dieses Rohrsegment mit der Einrichtung für den Transport und das Aufsetzen des Dachteiles auf die Karosserie verbunden ist. Es kann dann direkt nachdem das Dachteil lose aufgesetzt worden ist durch Erhöhen des Luftdruckes im Schlauch der erforderliche Anpreßdruck erzeugt werden.
Die erfindungsgemäße Verbindung von Seitenteil und Dachteil ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Seitenränder der beschnittenen oder zu einem spitzen Winkel umgebogenen Längskante des Dachteiles mit einem senkrechten oder im Wesentlichen senkrechten Bereich der Seitenteile bei Verbindung von Teilen aus Stahl als durchgehende Lötnaht oder bei Verbindung von Teilen aus Aluminium als durchgehende Schweißnaht mit Aluminiumdrahtzuführung ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß kann der obere Rand des Seitenteiles auch so geändert werden, dass nach innen eine seitliche Auflagefläche für das Dachteil vorgesehen ist, die insbesondere um eine Stufe höher gelegen ist als die Verbindungsstelle des Seitenteiles mit dem Dachquerträger. Gleichzeitig wird das Dachteil zumindest an den Längskanten ganz oder fast vollständig nach unten umgebogen, so dass der Seitenrand oder die umgebogene Kante des Dachteiles auf der Auflagefläche des Seitenteiles aufliegt. Es hat sich gezeigt, dass durch das Umbiegen der Ränder des Dachteiles der Spalt der Verfahrenstechnik entsprechend in sehr engen Grenzen gehalten und dass der gesamte Spalt ohne weiteres vollständig mit Lötwerkstoff oder Aluminium ausgefüllt werden kann. Normalerweise kann bereits während der Herstellung dieser Laserstrahlhartlötnaht oder Aluminiumschweißnaht eine saubere, abgerundete und übergangslose äußere Verbindung zwischen Dachteil und Seitenteil erreicht werden. Falls erforderlich, erlaubt aber auch der relativ weiche Zusatzwerkstoff eine einfache Nachbearbeitung. Bei der erfindungsgemäßen Verbindung von Seitenteil und Dachteil fehlt also die bisher übliche unerwünschte Abdeckleiste, bei der der Rand des Dachteiles stufenförmig ausgebildet ist und zunächst senkrecht nach unten und anschließend im Wesentlichen waagerecht nach außen abgebogen ist. Bei der neuen Konstruktion kann sich lediglich eine relativ geringe, einfache Stufe ergeben, wenn die Oberkante des Dachteiles niedriger ist als die Oberkante des Seitenteiles.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 6 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die perspektivische Teilansicht einer Kfz-Karosse mit Seitenteil (1) und Dachteil (4),
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I von Fig. 1
Fig. 3 eine Vergrößerung des Ausschnittes "X" von Fig. 2
Fig. 4 eine Verbindung von Seitenteil (11) und Dachteil (14) nach dem Stand der Technik
Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 mit beschnittenem Seitenrand (4b) des Dachteiles (4) und
Fig. 6 eine Seitenansicht unter teilweise mit Einbeziehung der Handhabungseinrichtung (21).
Die perspektivische Teilansicht einer Kraftfahrzeugkarosserie nach Fig. 1 zeigt im Wesentlichen ein Seitenteil 1 mit den zugehörigen Säulen und das damit verbundene Dachteil 4. Die erfindungsgemäße Verbindungsstelle wird mit Hilfe eines relativ breiten fokussierten Laserstrahls direkt erwärmt und gleichzeitig wird der Lotdraht direkt über dem aus Fig. 3 und 5 ersichtlichen Spalt 18 zugeführt und erhitzt, so dass er in den Spalt 18 tropft, bis der Spalt 18 vollständig mit Lötwerkstoff gefüllt ist. Die in Fig. 1 nur schematisch dargestellte und mit 22 bezeichnete Einrichtung aus Laserstrahl und Lötdrahtzuführung wird kontinuierlich in Fahrzeuglängsrichtung entlang der Verbindungsstelle geführt. Fig. 1 zeigt außerdem schematisch den an einem Roboterarm 25 gelenkig befestigten Tragrahmen 23 und Meßeinrichtungen 24 zur Bestimmung der Breite des Spaltes 18.
Nach der vergrößerten Darstellung der Fig. 2 und 3 besitzt das Seitenteil 1 am oberen Rand eine zweifache Stufe, wobei in der unteren Ebene am Ende des Seitenteiles 1 die Enden des inneren Seitenteiles 2, der Seitenteilverstärkung 3 und des Dachquerträgers 5 durch eine übliche Schweißnaht 8 miteinander verbunden sind. Auf der mittleren Ebene der sogenannten Doppelstufe des Seitenteiles 1 befindet sich die Auflagefläche 9 für den Seitenrand 4a der nach unten umgebogenen Kante 7 des Dachteiles 4. Diese Kante 7 kann sowohl vollständig umgebogen sein (vgl. Darstellung der Fig. 2) als auch noch einen gewissen spitzen Winkel zum Dachteil 4 (vgl. Darstellung der Fig. 3) haben. Zur Doppelstufe des Seitenteiles 1 gehören weiterhin die beiden senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordneten Bereiche 10a und 10b. Der Spalt 18, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Hartlötwerkstoff oder mit Aluminium ausgefüllt wird, liegt zwischen dem abgerundeten Seitenrand 4a des Daches 4 und dem oberen senkrechten Bereich 10b des Seitenteiles 1. In Fig. 2 ist zusätzlich die Anpreßvorrichtung für das Dachteil 4 dargestellt, die im Querschnitt aus einem im Wesentlichen omegaförmigen Rohrsegment 19 und einem darin angeordneten Schlauch 20 besteht.
In der Fig. 4 ist die z. B. aus der EP 761 605 A2 ersichtliche Konstruktion nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei besitzt das Seitenteil 11 nur eine Stufe mit dem senkrechten Bereich 15 und dem waagerechten Bereich 16. Die Stufe ist dabei sogar so tief ausgeführt, dass das Seitenteil 11 am Ende wieder etwas hochgebogen ist für die Anbindung an den Dachquerträger 5. Das Dachteil 14 ist am äußeren Rand einstufig ausgebildet und besteht aus dem senkrechten Bereich 13 und dem waagerechten Bereich 17. Der waagerechte Bereich 17 liegt zumindest mit der Spitze auf dem waagerechten Bereich 16 des Seitenteiles 11 auf. An dieser Auflagefläche ist dann die Laserschweißnaht 12 angeordnet. Bei dieser Konstruktion nach dem Stand der Technik ist ein großer Abstand A zwischen den senkrechten Bereichen 13 des Daches 14 und 15 des Seitenteiles 11 vorhanden, so dass sich die bekannte relativ große U-förmige Rinne ergibt. Diese U-förmige Ausführung wird bei der erfindungsgemäßen Verbindung von Seitenteil 1 und Dachteil 4 vollständig vermieden.
In Fig. 5 ist entsprechend Fig. 3 der Seitenrand 4b des Dachteiles 4 glatt abgeschnitten und die Lötnaht 6 oder Aluminiumschweißnaht füllt in gleicher Weise den Spalt 18 aus und bildet an der Oberfläche einen kontinuierlichen glatten Übergang zwischen Seitenteil 1 und Dachteil 4.
In Fig. 6 ist ergänzend zu Fig. 2 und 3 ein Teil der Handhabungsvorrichtung 21 dargestellt, wobei auch die Vakuumsauger 26 zum Transport der Dachteile 4 zu sehen sind. Ebenso sind an der Handhabungseinrichtung 21 die omegaförmigen Rohrsegmente 19 mit den Schlauchelementen 20 befestigt.
Bezugszeichenliste
1
Seitenteil (außen)
2
Seitenteil (innen)
3
Seitenteilverstärkung
4
Dachteil
4
a Seitenrand von
4
(bei umgebogener Kante
7
)
4
b Seitenrand von
4
(beschnitten)
5
Dachquerträger
6
Lötnaht (durchgehend)
7
Kante von
4
(nach unten umgebogen)
8
Schweißnaht (zur Verbindung von
1
,
2
,
3
und
5
)
9
Auflagefläche an
1
(als Auflage für
7
)
10
a unterer senkrechter Bereich an
1
(neu)
10
b oberer senkrechter Bereich
18
Spalt zwischen
4
und
10
b
19
Rohrsegment
20
Schlauchelement
21
Handhabungseinrichtung für
4
22
Laserstrahl und Lötdrahtzuführung
23
Tragrahmen an
25
24
Meßeinrichtung (für Breite des Spaltes
18
)
25
Roboterarm
26
Vakuumsauger an
21
,
23
Stand der Technik:
11
Seitenteil (außen)
12
Laserschweißnaht
13
senkrechter Bereich von
14
14
Dachteil
15
senkrechter Bereich von
11
16
waaagerechter Bereich von
11
17
waagerechter Bereich von
14
A Abstand zwischen
13
und
15
(über der gesamten Länge gleichbleibend)

Claims (11)

1. Verfahren zur Verbindung von Seitenteil (1) und Dachteil (4) einer Kraftfahrzeugkarosserie, wobei die Teile (1, 4) aus Stahl oder Aluminium bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in üblicher Weise die Seitenteile (1) und die Dachquerträger (5) miteinander verschweißt werden, dann das Dachteil (4) mit einer Handhabungseinrichtung (21) zwischen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordneten Bereichen (10b) der Seitenteile (1) mit möglichst gleichbleibender Breite der beiden Spalte (18) positioniert und anschließend die Seitenränder (4a, 4b) des Dachteiles (4) bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Stahl mit Hilfe einer den Spalt (18) ausfüllenden Lötnaht (6) oder bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Aluminium mit Hilfe einer Aluminiumschweißnaht unter Zuführung von Aluminiumdraht verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufsetzen des Dachteiles (4) auf den Karosserieaufbau die Lage des Dachteiles (4) zum Seitenteil (1) mit Meßsensoren (24) vermessen und das Dachteil mit der Handhabungseinrichtung (21) mit dem ermittelten Spaltabstand zum Seitenteil (1) durch seitliche Verschiebung positioniert und mit ausreichendem Druck gegen punkt-, linien- oder flächenförmige Auflagen des Seitenteiles (1) gedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum gleichmäßigen Andruck der Seitenränder (4a, 4b) und/oder der umgebogenen Kanten (7) des Dachteiles (4) auf die Auflagen des Seitenteiles (1) eine sich zumindest entlang der Lötnaht (6) erstreckende oder eine umlaufende, einen mit Druckluft beaufschlagbaren Schlauch (20) enthaltende Anpreßvorrichtung (21) in der Nähe der Lötnaht (6) von oben auf das Dachteil (4) abgesenkt wird.
4. Verbindung von Seitenteil (1) und Dachteil (4) einer Kraftfahrzeugkarosserie, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die zu verbindenden Teile aus Stahl oder Aluminium bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Seitenränder (4a, 4b) der beschnittenen oder zu einem spitzen Winkel umgebogenen Längskante des Dachteiles (4) mit einem senkrechten oder im Wesentlichen senkrechten Bereich (10b) der Seitenteile (1) bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Stahl als durchgehende Lötnaht (6) oder bei Verbindung von Teilen (1, 4) aus Aluminium als durchgehende Schweißnaht mit Aluminiumdrahtzuführung ausgeführt ist.
5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) punkt- oder linienförmige Auflagen oder durchgehende Auflageflächen (9) für die Seitenränder (4a, 4b) des Dachteiles (4) besitzt, die höher gelegen sind als die Verbindungsstellen (8) des Seitenteiles (1) mit dem Dachquerträger (5).
6. Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) im Verbindungsbereich zweistufig ausgebildet ist, wobei die Auflagefläche (9) und die Lötnaht (6) oder die Schweißnaht auf der mittleren Ebene und die Schweißnaht (8) zur Verbindung des Seitenteiles (1) mit dem Dachquerträger (5) auf der unteren Ebene angeordnet ist.
7. Verbindung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötnaht (6) als Laserstrahllötnaht oder Laserstrahlhartlötnaht ausgebildet ist.
8. Verbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (18) zwischen dem Seitenrand (4a, 4b) und dem senkrechten oder im Wesentlichen senkrechten Bereich (10b) des Seitenteiles (1) 0,3 bis 4 mm beträgt.
9. Verbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante des Seitenrandes (4a, 4b) des Dachteiles (4) niedriger als die Oberkante des Seitenteiles (1) angeordnet ist.
10. Handhabungseinrichtung (21) zum Aufsetzen von Dachteilen (4) auf eine Kraftfahrzeugkarosserie und zur Verbindung der Seitenränder (4a, 4b) des Dachteiles (4) mit den Seitenteilen (1), wobei an der Handhabungseinrichtung (21) Vakuumsauger (26) für den Transport des Dachteiles (4) angeordnet (21) Vakuumsauger (26) für den Transport des Dachteiles (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Handhabungseinrichtung (21) zusätzlich mit Druckluft beaufschlagbare Schlauchelemente (20) für den definierten Andruck der Seitenränder (4a, 4b) während der Verbindung mit den Seitenteilen (1) angeordnet sind.
11. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchelemente (20) in im Querschnitt omegaförmigen Rohrsegmenten (19) gehalten sind.
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