DE102004003171B4

DE102004003171B4 - Verfahren zum Herstellen einer Vormontagegruppe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004003171B4
Application number: DE102004003171.1A
Authority: DE
Inventors: Norbert Stemp
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: DE102004003171A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug, bestehend aus einem metallischen Bauteil (2) und zumindest einem nichtmetallischen Befestigungselement (3), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Befestigen des Befestigungselementes (3) in zumindest einer Aufnahme (10) des metallischen Bauteils (2), sodass es vor der Positionierung in Sollposition bereits vorpositioniert ist, aber in zumindest einer Richtung noch um wenige Millimeter verschiebbar ist, b. Aufnehmen des metallischen Bauteils (2) an zumindest einem Referenzpunkt, c. Positionieren des Befestigungselements (3) in Sollposition auf dem metallischen Bauteil (2), d. Anschweißen des Befestigungselements (3) an dem metallischen Bauteil (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vormontagegruppe für ein Fahrzeug.
Aus der US 4,817,264 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug bekannt, bei dem ein nichtmetallisches Befestigungselement an einem metallischen Bauteil angeschweißt wird.
Ferner ist aus der DE 42 24 575 A1 ein sogenanntes Toleranzausgleichselement bekannt, mit dessen Hilfe zwei Bauteile in einer Abstandslage zueinander verschraubt werden können. Dazu weist das Toleranzausgleichselement ein Distanzstück zum Ausfüllen des Abstandes zwischen den beiden Bauteilen auf. Das Distanzstück besitzt ein in eine drehfeste Lage zum ersten Bauteil bringbares Stützteil und ein zum Stützteil durch Drehung axial verlagerbares Drehmitnahmeteil. Das Stützteil und das Drehmitnahmeteil stützen sich auf einer wendelförmigen Stützfläche ab, welche eine Steigung besitzt, die entgegengerichtet ist zu einer Steigung eines Gewindes einer Schraube, welche beim Eindrehen in eine axiale Öffnung des Drehmitnahmeteils letzteres mitdreht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug, die aus zumindest einem metallischen Bauteil und zumindest einem Befestigungselement besteht, zu schaffen, wobei beim Herstellen der Vormontagebaugruppe Toleranzen des metallischen Bauteils ausgeglichen werden können.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Herstellen einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird zum Herstellen einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug, bestehend aus einem metallischen und zumindest einem nichtmetallischen Befestigungselement, zunächst das nicht-metallische Befestigungselement in zumindest einer Aufnahme des metallischen Bauteils befestigt, sodass es vorpositioniert ist, aber in zumindest einer Richtung noch um wenige Millimeter verschiebbar ist. Dann wird das metallische Bauteil an zumindest einem Referenzpunkt aufgenommen, das zumindest eine nicht-metallische Befestigungselement in Sollposition auf dem metallischen Bauteil positioniert und anschließend an dem metallischen Bauteil angeschweißt. Ein metallisches Bauteil kann auch eine Baugruppe aus mehreren einzelnen metallischen Bauteilen sein. Das Befestigungselement dient beispielsweise zur Anbringung einer weiteren Baugruppe oder zur zusätzlichen Befestigung des metallischen Bauteils. Für die Erfindung ist es dabei nicht maßgeblich, dass das ganze Befestigungselement aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, sondern dass das Befestigungselement zumindest im Kontaktbereich zum metallischen Bauteil aus einem nicht-metallischen Werkstoff ist. Es besteht bevorzugt aus einem Kunststoff. Kunststoffe können bevorzugt mit einem Ultraschall-Schweißverfahren gut verschweißt werden. Die Vorteile des Verfahrens sind um so größer, je wichtiger es ist, die vorhandenen Toleranzen zu kompensieren. Dies wird normalerweise bei besonders großen metallischen Bauteilen der Fall sein, oder bei Vormontagebaugruppen, die nur besonders geringe Toleranzen aufweisen dürfen.
Es ist allgemein bekannt, ein metallisches Bauteil an seinen Referenzpunkten aufzunehmen, ein zweites metallisches Bauteil in eine Sollposition zum ersten metallischen Bauteil zu bringen und dann die beiden metallischen Bauteile miteinander zu verschweißen. Zum Befestigen eines nicht-metallischen Elements an einem metallischen Bauteil dagegen kommen normalerweise lösbare Verbindungen, wie beispielsweise Schraub- oder Nietverbindungen, zum Einsatz. Dazu muss das metallische Bauteil an den entsprechenden Stellen zur Befestigung des nichtmetallischen Elements Gewinde oder Bohrungen aufweisen. Dies erfordert einerseits einen zusätzlichen Arbeitsschritt zum Herstellen der Gewinde oder Bohrungen, andererseits entstehen dabei wieder Toleranzen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise ein nicht-metallisches Befestigungselement an einem metallischen Bauteil angeschweißt werden. Dabei kann das Befestigungselement genau in seiner Sollposition in Bezug auf die Referenzpunkte des metallischen Bauteils angebracht werden, sodass mögliche Toleranzen des metallischen Bauteils in der Anschweißebene ausgeglichen werden können. Zudem wird für die Verbindung des metallischen Bauteils mit dem Befestigungselement außerordentlich wenig Bauraum benötigt.
Bevorzugt dringt beim Anschweißen der Kunststoff des Befestigungselements zumindest teilweise durch zumindest eine Öffnung im metallischen Bauteil hindurch und umschließt die Öffnung formschlüssig. Die so entstandene formschlüssige Verbindung zwischen dem metallischen Bauteil und dem Befestigungselement ist besonders sicher und belastbar.
Das Befestigungselement hat idealerweise zugleich die Funktion eines Toleranzausgleichselements, das nach dem in der DE 42 24 575 A1 beschriebenen Prinzip funktioniert. Beim Anschweißen des Befestigungselements können Toleranzen in der Anschweißebene ausgeglichen werden. Durch die Funktion eines Toleranzausgleichselements können zusätzlich Toleranzen in einer Richtung außerhalb der Anschweißebene beispielsweise beim Verschrauben einer weiteren Baugruppe mit dem Befestigungselement ausgeglichen werden.
Das metallische Bauteil ist günstigerweise ein Tragrohr für eine Instrumententafel, dessen beiden Enden als Referenzpunkte dienen. Derartige Tragrohre erstrecken sich zwischen der linken und der rechten A-Säule einer Fahrzeugkarosserie und dienen zur Versteifung der Karosserie und zur Aufnahme des gesamten Armaturenbretts. Üblicherweise haben solche Tragrohre im mittleren Bereich eine Abstützung, die sich vom Tragrohr zur Bodenbaugruppe im Bereich des Mitteltunnels des Fahrzeugs erstreckt. Das Tragrohr wird mit der Abstützung als Vormontagegruppe außerhalb des Fahrzeugs vorgefertigt. Aufgrund der Größe der Vormontagegruppe weist das Ende der Abstützung, das später mit der Bodenbaugruppe verbunden wird, einige Toleranzen auf. Idealerweise wird an diesem Ende der Abstützung nun ein Befestigungselement angeschweißt. Durch das Anschweißen des Befestigungselements können Toleranzen in den beiden Richtungen der Schweißebene ausgeglichen werden. Wenn das Befestigungselement zudem die Funktion eines Toleranzausgleichselements hat, können beim Anschrauben der Vormontagebaugruppe an die Bodenbaugruppe sogar Toleranzen senkrecht zur Anschweißebene ausgeglichen werden. Dadurch entstehen beim Verschrauben der Vormontagebaugruppe mit der Bodenbaugruppe keinerlei Probleme aufgrund von Toleranzen des Endes der Abstützung, da diese beim Anschweißen des Befestigungselements und ggfs. durch die Funktion des Befestigungselements als Toleranzausgleichselements ausgeglichen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
1 eine perspektivische Ansicht eines freien Endes einer Abstützung eines Tragrohres einer Fahrzeugkarosserie,
2 eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements, das an dem in 1 gezeigten freien Ende der Abstützung anschweißbar ist und
3 eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten freien Endes der Abstützung nach dem Anschweißen des in 2 gezeigten Befestigungselements.
Personenkraftfahrzeuge weisen üblicherweise ein Tragrohr auf, das sich zwischen der linken und der rechten A-Säule der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Das Tragrohr dient vor allem zur Versteifung der Karosserie und zur Aufnahme des Armaturenbretts. Im mittleren Bereich des Tragrohres ist zusätzlich eine Abstützung angebracht, die das Tragrohr gegenüber der Bodenbaugruppe im Bereich des Mitteltunnels abstützt, um ein Ausknicken des Tragrohres bei axialen Belastungen zu verhindern. die Abstützung ist ein einfaches tiefgezogenes metallisches Blechbauteil. Das Tragrohr bildet zusammen mit dieser Abstützung eine Vormontageeinheit. Die Referenzpunkte dieser Vormontageeinheit werden durch die beiden Enden des Tragrohres gebildet.
In der 1 ist das abgewinkelte Ende 1 der Abstützung 2 gezeigt, das mit der Bodenbaugruppe verbunden werden soll. Dazu muss zunächst ein Befestigungselement an dem Ende 1 der Abstützung 2 angebracht werden, das dann mit der Bodenbaugruppe verbunden werden kann. Das dafür vorgesehene Befestigungselement 3 ist in 2 gezeigt. Es weist ein Innengewinde 4 auf, mit dem es mit der Bodenbaugruppe verschraubt werden kann. Zur Anbindung an das Ende 1 der Abstützung 2 weist es einen ringförmigen Flansch 5 aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff auf. Am unteren Rand dieses Flansches 5 ist über ein Filmscharnier 6 ein L-förmiger Bügel 7 angelenkt, der sich auf der Rückseite des Flansches 5 mit seinem freien Ende 8 bis oberhalb des Flansches 5 erstreckt. Am oberen Rand des Flansches ist eine Lasche 9 ebenfalls über ein Filmscharnier angelenkt, die über einer einfachen Clipsverbindung mit dem freien Ende 8 des L-förmigen Bügels 7 verrastbar ist.
Zur Montage des Befestigungselements 3 am Ende 1 der Abstützung 2 wird dieses vor das abgewinkelte Ende 1 gehalten und das freie Ende 8 des L-förmigen Bügels 7 durch eine Ausnehmung 10 auf der Oberseite 11 des Endes 1 der Abstützung 2 hindurch gesteckt, sodass der Flansch 5 flächig am abgewinkelten Ende 1 anliegt. Anschließend wird die Lasche 9 mit dem freien Ende 8 des L-förmigen Bügels 7 verrastet. Dadurch ist das Befestigungselement 3 mit dem abgewinkelten Ende 1 bereits so verbunden, dass das Befestigungselement 3 nur mehr wenige Millimeter in der Verbindungsebene zwischen Flansch 5 und abgewinkelten Ende 1 in X- und Y-Richtung verschoben werden kann. Das abgewinkelte Ende 1 mit dem vorpositionierten Befestigungselement 3 ist in 3 dargestellt.
Nun wird die gesamte Vormontageeinheit in einer Lehre an den Referenzpunkten an den beiden Enden des Tragrohres aufgenommen. Aufgrund des vorpositionierten Befestigungselements 3 kann dieses schnell und automatisch in die genaue Sollposition in X- und Y-Richtung in Bezug auf die Referenzpunkte gebracht werden.
Anschließend wird nun das Befestigungselement 3 mit dem abgewinkelten Ende 1 der Abstützung 2 verschweißt. Dazu weist das abgewinkelte Ende 1 der Abstützung 2 zwei relativ kleine Ausnehmungen 12 auf, die vom Flansch 5 des vormontierten Befestigungselements 3 verdeckt werden. Zum Verschweißen fährt von vorne jeweils ein Ultraschall-Schweißkopf auf den Bereich des Flanschs 5 des Befestigungselements 3, der direkt vor den Ausnehmungen 12 liegt. Aufgrund des Ultraschalls kommt dabei der Kunststoff des Befestigungselements 3 in unmittelbarer Nähe der Schweißköpfe ins Fließen. Dadurch können die beiden Schweißköpfe durch den Flansch 5 und durch die Ausnehmungen 12 hindurchtauchen. Dabei drücken sie einen Teil des verflüssigten Kunststoffs durch die beiden Ausnehmungen 12 hindurch, der sich hinter den Ausnehmungen 12 in alle Richtungen verteilt und so nach dem Erkalten formschlüssig die Ausnehmungen 12 umgreift. Dadurch ist eine sichere und feste Verbindung zwischen dem Befestigungselement 3 und dem abgewinkelten Ende 1 entstanden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die teilweise relativ großen Toleranzen in X- und Y-Richtung des abgewinkelten Endes 1 in Bezug auf die Referenzpunkte des Tragrohres beim Anschweißen des Befestigungselements 3 vollständig kompensiert werden und so keinen negativen Einfluss auf die Montage im Fahrzeug haben. Die Toleranzen des abgewinkelten Endes 1 der Abstützung 2 sind bedingt durch die Größe des Tragrohres und der Abstützung 2 und können nie ganz vermieden werden. Durch dieses Verfahren zum Anbringen des Befestigungselements 3 können sie aber so ausgeglichen werden, dass sie keinen negativen Einfluss haben.
Die nun so vollständig komplettierte Vormontageeinheit wird anschließend in die Fahrzeugkarosserie eingebaut. Beim Verschrauben der Bodenbaugruppe mit dem Befestigungselement 3 gibt es keine Probleme, da die möglicherweise hinderlichen Toleranzen des abgewinkelten Endes 1 der Abstützung 2 beim Anschweißen des Befestigungselements 3 vollständig in X- und Y-Richtung ausgeglichen wurden. Zusätzlich hat das Befestigungselement 3 die Funktion eines Toleranzausgleichselements, wie es der Funktion nach bereits aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel aus der DE 42 24 575 A1 , bekannt ist. Somit schraubt sich beim Anziehen der Schraube ein Distanzstück aus dem Befestigungselement 3 heraus, und kann so einen Abstand zwischen dem Befestigungselement 3 und der Bodenbaugruppe ausfüllen. So können Toleranzen senkrecht zur Verbindungsebene in Z-Richtung kompensiert werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Vormontagebaugruppe für ein Fahrzeug, bestehend aus einem metallischen Bauteil (2) und zumindest einem nichtmetallischen Befestigungselement (3), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Befestigen des Befestigungselementes (3) in zumindest einer Aufnahme (10) des metallischen Bauteils (2), sodass es vor der Positionierung in Sollposition bereits vorpositioniert ist, aber in zumindest einer Richtung noch um wenige Millimeter verschiebbar ist, b. Aufnehmen des metallischen Bauteils (2) an zumindest einem Referenzpunkt, c. Positionieren des Befestigungselements (3) in Sollposition auf dem metallischen Bauteil (2), d. Anschweißen des Befestigungselements (3) an dem metallischen Bauteil (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (3) aus Kunststoff ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (3) mit einem Ultraschall-Schweißverfahren an dem metallischen Bauteil (2) angeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anschweißen der Kunststoff des Befestigungselements (3) zumindest teilweise durch zumindest eine Öffnung (12) im metallischen Bauteil (2) hindurch dringt und die Öffnung (12) formschlüssig umschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (3) zugleich die Funktion eines Toleranzausgleichselements hat, das einen Höhenausgleich ermöglicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Bauteil (2) ein Tragrohr für eine Instrumententafel bzw. eine Abstützung eines Tragrohres ist, dessen beiden Enden als Referenzpunkte dienen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Abstützung (2) des Tragrohrs am Mitteltunnel des Fahrzeugs das Befestigungselement (3) angebracht wird.