Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von mehreren Werkstück- teilen, insbesondere von Karosseriebauteilen, sowie ein Fügewerkzeug.

Zur Überprüfung der Qualität der Fügepunkte eines aus mehreren Werkstückteilen gefügten Werkstücks, z.B. eines Karosseriebauteils, ist eine zerstörungsfreie Prüfung, zumindest stichprobenartig, unerlässlich. Im Karosseriebau findet eine zerstörungsfreie Prüfung von gefügten Werkstücken im Anschluss an die Produktion statt. Dazu wird ein zufällig ausgewähltes Fahrzeug meist ausgeschleust und per Hand geprüft. Jedoch werden nie alle gefügten Werkstücke bzw. Fügepunkte jedes Fahrzeugs geprüft, sondern die zerstörungsfreie Prüfung wird immer nur an Einzelfahrzeugen und an einzelnen Fügepunkten durchgeführt.

Der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen im Karosseriebau nimmt immer mehr zu. Anders als beim Fügen von Werkstückteilen aus Stahl ist das Fügen von Werkstückteilen komplexer und weist höhere Ausschussraten auf. Um ein hohes Maß an Qualität weiterhin gewährleisten zu können, muss die Anzahl der stichprobenartigen Prüfungen entsprechend erhöht werden, was jedoch kosten- und zeitintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Überprüfung von gefügten Werkstücken zu ermöglichen, die ohne großen Kosten- und Zeitaufwand in die Produktion zu integrieren ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Fügen von mehreren Werk- stückteilen, insbesondere von Karosseriebauteilen, bei dem a) die Werkstückteile in ein Fügewerkzeug eingelegt werden, b) die Werkstückteile im Fügewerkzeug auf Beschädigungen hin geprüft werden, c) die Werkstückteile durch das Fügewerkzeug gefügt werden, und d) das gefügte Werkstück im Fügewerkzeug auf Beschädigungen hin geprüft wird.

Durch die Prüfung der Werkstückteile und des geprüften Werkstücks im Fügewerkzeug selbst ist es ohne großen Zeitaufwand möglich, die Werkstück- teile beziehungsweise das gefügte Werkstück auf Beschädigungen hin zu überprüfen. Zudem kann jedes der zu fügenden Werkstückteile und der gefügten Werkstücke geprüft werden, sodass die Qualitätskontrolle der Werkstücke, im Gegensatz zu stichprobenartigen Prüfungen, deutlich verbessert wird.

Die Werkstückteile können unmittelbar vor und das gefügte Werkstück kann unmittelbar nach dem Fügen, insbesondere durch eine im Fügewerkzeug vorgesehene Prüfvorrichtung, geprüft werden, sodass neu auftretende Beschädigungen zweifelsfrei auf das Fügen zurückzuführen sind.

Beispielsweise ist wenigstens eines der mehreren Werkstückteile aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt, sodass das gefügte Werkstückteil von den Vorteilen eines faserverstärkten Kunststoffes profitieren kann.

Vorzugsweise wird, wenn eine kritische Beschädigung eines der Werkstückteile oder des gefügten Werkstücks erkannt wurde, dieses Werkstückteil oder das gefügte Werkstück aussortiert, sodass Bauteile mit zu großen Beschädigungen frühestmöglich erkannt und nicht weiterverwendet werden. Typische Beschädigungen in einem faserverstärktem Kunststoff, die beim Fügen eingebracht werden, sind Delamination oder Zwischenfaserbrüche.

In einer Ausführungsvariante werden die Beschädigungen der Werkstückteile vor dem Fügen mit den Beschädigungen des gefügten Werkstücks nach dem Fügen verglichen, die durch das Fügen entstandene Beschädigung wird ermittelt und das gefügte Werkstück wird aussortiert, wenn die durch das Fügen entstandene Beschädigung kritisch ist. Die im automobilen Karosseriebau verwendeten Werkstückteile weisen in der Regel bereits einen gewissen Grad an Unregelmäßigkeiten auf, beispielsweise durch das Einbringen von Löchern. Deshalb ist es nicht möglich, ein absolutes Schadensmaß zur Qualitätskontrolle eines gefügten Werkstücks als Grenze für eine kritische Beschädigung zu setzen. Durch den Vergleich der Beschädigungen der Werkstückteile vor dem Fügen und den Beschädigungen des gefügten Werkstückteils kann auf die durch das Fügen selbst entstandene Beschädigung geschlossen werden, sodass diese separat bewertet werden kann. Auf diese Weise wird die Beurteilung der durch das Fügen entstandenen Beschädigungen wesentlich differenzierter. Dabei wird eine Beschädigung zum Beispiel als kritisch angesehen, wenn die durch das Fügen entstandene Beschädigung die Größe der Unregelmäßigkeiten vor dem Fügen in kritischem Maße überschreitet, insbesondere dann, wenn die als nicht kritisch eingestuften Unregelmäßigkeiten vor dem Fügen in ihrer Größe mehr als 2-fach durch die durch das Fügen erzeugte Beschädigung zugenommen hat. Auch kann insbesondere das Größenverhältnis der Unregelmäßigkeiten vor dem Fügen zur Beschädigung nach dem Fügen zueinander als Grenzwert definiert werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Werkstückteile und/oder das gefügte Werkstück mittels Luftultraschall, Kontaktultraschall, akustischer Emission, Thermographie und/oder eines anderen zerstörungsfreien Verfahrens geprüft. Diese Verfahren sind erprobt und bekannt, sodass ihr Einsatz kostengünstig ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Fügewerkzeug einen Stempel und eine Matrize auf, wobei die Werkstückteile auf Beschädigung überprüft werden, wenn der Stempel auf dem Werkstückteil aufsitzt und/oder das gefügte Werkstück auf Beschädigungen überprüft wird, wenn das Fügewerkzeug vollständig geschlossen ist. Auf diese Weise ist eine voll automatisierte und zeitsparende Überprüfung der Werkstückteile und/oder des gefügten Werkstücks möglich.

In einer Ausführungsvariante können bei einseitigen Fügeverfahren die Werkstückteile auf Beschädigungen überprüft werden, wenn der Stempel auf einem der Werkstückteile aufsitzt oder in einem Abstand von weniger als 3,0 mm zu einem der Werkstückteile positioniert ist. Auf diese Weise kann das Werkstückteil auch ohne Kontakt geprüft werden.

Beispielsweise wird vor Schritt b) ein Kopplungsmittel zwischen Stempel und einem der Werkstückteile automatisiert zugeführt wird, wodurch die Qualität der Prüfung verbessert wird. Vorzugsweise wird nach Schritt d) das Kopplungsmittel zwischen Stempel und dem Werkstück automatisiert abgeführt, sodass das gefügte Werkstück frei von Kopplungsmittelrückständen ist.

Die Beurteilung, ob eine Beschädigung kritisch ist, kann automatisiert erfolgen, insbesondere durch den Vergleich der bei den Prüfungen erhaltenen Muster miteinander und/oder mit einem Grenzmuster, wodurch der Personalaufwand der Prüfung und somit die anfallenden Kosten stark verringert werden können. Der Vergleich der erhaltenen Muster miteinander und/oder mit einem Grenzmuster kann mittels einer Bildverarbeitungssoftware geschehen, wobei die Größe der Unterschiede zwischen den erhaltenen Mustern untereinander oder zwischen den erhaltenen Mustern und dem Grenzmuster als ein Maß der Beschädigung verwendet werden kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden in einer Datenbank die bei der Prüfung erhaltenen Muster zusammen mit Informationen über das Endprodukt, beispielsweise der Fahrgestellnummer bei Fahrzeugen, in dem das gefügte Werkstück verbaut wurde, hinterlegt. Auf diese Weise ist es möglich, bei späteren Reklamationen des Käufers die Qualität des gefügten Werkstücks nachweisen zu können.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Fügewerkzeug zum Fügen von mehreren Werkstückteilen, insbesondere Werkstückteilen aus faserverstärktem Kunststoff, gelöst, mit wenigstens einer Prüfvorrichtung, die an einer Werkstückanlagefläche des Fügewerkzeugs ausgebildet ist und das zu fügende Werkstück auf Beschädigungen hin überprüfen kann. Durch das Fügewerkzeug ist es möglich, ohne zusätzliche Transportschritte der Werkstückteile oder des gefügten Werkstücks eine Prüfung der Werkstückteile und/oder des gefügten Werkstücks durchzuführen.

Vorzugsweise ist die Prüfvorrichtung zur Prüfung mittels Luftultraschall, Kontaktultraschall, akustischer Emission und/oder eines anderen zerstörungsfreien Verfahrens ausgebildet, insbesondere ist die Prüfvorrichtung ein Phased Array Ultraschallkopf, wodurch bekannte, preisgünstige und qualitativ hochwertige Prüfvorrichtungen verwendet werden können. Das Fügewerkzeug kann ein Umformwerkzeug mit einem Stempel und einer Matrize sein, insbesondere kann es eine Halbhohlstanznietzange sein, wobei die wenigstens eine Prüfvorrichtung im Stempel und/oder in der Matrize vorgesehen ist, sodass eine Prüfung der Werkstückteile und/oder des Werkstücks direkt in der Produktionsanlage möglich ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- Figur 1 ein erfindungsgemäßes Fügewerkzeug in offener Position im Schnitt, - Figur 2 das erfindungsgemäße Fügewerkzeug nach Figur 1 mit eingelegten Werkstückteilen, und

- Figur 3 das erfindungsgemäße Fügewerkzeug nach Figur 1 in vollständig geschlossener Position.

In Figur 1 ist im Schnitt ein Fügewerkzeug 10 zum Fügen von mehreren Werkstückteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, schematisch dargestellt.

Das Fügewerkzeug 10 kann ein Umformwerkzeug, beispielsweise eine Halbhohlstanznietzange sein.

Auch kann das Fügewerkzeug 10 zum Fügen von Werkstückteilen aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein. Das Fügewerkzeug 10 weist einen Stempel 12 und eine Matrize 14 auf, wobei der Stempel 12 gegenüber der Matrize 14 verschiebbar ist.

Der Stempel 12 ist zylinderförmig und beispielsweise hohl ausgeführt und dient zur Führung eines Bolzens 16 (Figur 3).

Die der Matrize zugewandte Fläche des Stempels 12 sowie die dem Stempel 12 zugewandte Seite der Matrize 14 bilden Werkstückanlageflächen 20, an denen bei der Verwendung des Fügewerkzeugs 10 die zu fügenden Werkstückteile 22, 24 (Figur 2) bzw. das gefügte Werkstück 26 (Figur 3) anliegen. An den Werkstückanlageflächen 20 sind sowohl am Stempel 12 als auch an der Matrize 14 zumindest eine Prüfvorrichtung 28 vorgesehen.

Die Prüfvorrichtung 28 ist zur Prüfung mittels Luftultraschall, Kontaktultraschall, akustischer Emission und/oder eines anderen zerstörungsfreien Verfahrens ausgebildet.

Die Prüfvorrichtung 28 ist beispielsweise ein Phased Array Ultraschallkopf.

Denkbar ist selbstverständlich auch, dass nur am Stempel 12 oder nur an der Matrize 14 eine Prüfvorrichtung 28 vorgesehen ist.

Auch ergibt sich die Größe, Lage und/oder die Orientierung der Prüf- Vorrichtungen 28 aus der Geometrie der Werkstückanlageflächen 20 und der zu prüfenden Werkstückteile 22, 24 bzw. der Fügepunkte.

Die Prüfvorrichtungen 28 stehen mit einer Auswerteeinheit 30, beispielsweise eine Steuerung des Fügewerkzeugs 10, in Verbindung. In den Zeichnungen ist dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Prüfvorrichtung 28 kann zusammen mit der Auswerteeinheit 30 die zu fügenden Werkstückteile 22, 24 und/oder das gefügte Werkstück 26 auf Beschädigungen hin überprüfen.

Zum Fügen von mehreren Werkstücken 22, 24 werden die zu fügenden Werkstückteile 22, 24 in das Fügewerkzeug 10 eingelegt. Dabei kann wenigstens eines der Werkstückteile 22, 24 aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein.

Nun kann ein Kopplungsmittel (nicht gezeigt), beispielsweise Kontaktgel, zwischen dem Stempel 12 und einem der Werkstückteile 22, 24 automatisiert zugeführt werden. Das aufgebrachte Kontaktmittel kann nach dem Fügen auch automatisiert abgeführt werden. Das Fügewerkzeug 10 wird nun so weit geschlossen, dass der Stempel 12 auf dem ihm näher liegenden Werkstückteil 22 aufsitzt. Diese Position ist in Figur 2 dargestellt. In dieser Position liegen nun die Prüfvorrichtungen 28 an den Werkstückteilen 22 bzw. 24 an und können die Werkstückteile 22, 24 im Fügewerkzeug 10 auf Beschädigungen hin prüfen. Die Prüfung der Werkstückteile 22, 24 erfolgt also unmittelbar vor dem Fügen.

Die Prüfung der Werkstückteile 22, 24 und anschließend des gefügten Werkstücks 26 erfolgt mittels Luftultraschall, Kontaktultraschall, akustischer Emission, Thermografie und/oder eines anderen zerstörungsfreien Verfahrens. Beispielsweise, wie in dem Fall, dass die Prüfvorrichtungen 28 Phased Array Ultraschallköpfe sind, erhält man durch die Prüfung ein Muster des geprüften Werkstückteils 22, 24, das dann an die Auswerteeinheit 30 übermittelt werden kann.

Die bei der Prüfung erhaltenen Muster der Werkstückteile 22, 24 werden in der Auswerteeinheit 30 hinterlegt.

Eine Beurteilung, ob eine Beschädigung, d.h. Unregelmäßigkeit der Werkstückteile 22, 24 kritisch ist, kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, dass das erhaltene Muster mit einem Grenzmuster, das im Speicher der Auswerteeinheit 30 hinterlegt ist, verglichen wird und die Beschädigung als kritisch angesehen wird, wenn sich das erhaltene Muster sich über ein bestimmtes Maß hinaus vom entsprechenden Grenzmuster unterscheidet.

Diese Beurteilung kann von der Auswerteeinheit 30 automatisiert vorgenommen werden.

Wird bei einem der Werkstückteile 22, 24 eine kritische Beschädigung erkannt, wird dieses Werkstückteil 22, 24 aussortiert.

Das heißt, dass das Fügewerkzeug 10 wieder geöffnet wird und das beschädigte Werkstückteil 22, 24 entnommen und ersetzt wird.

Wenn beide Werkstückteile 22, 24 keine kritischen Beschädigungen aufweisen, werden die Werkstückteile 22, 24 durch das Fügewerkzeug 10 gefügt. In der gezeigten Ausführungsform wird mittels eines Bolzens 16 ein Niet 32 in die Werkstückteile 22, 24 eingeführt, wie in Figur 3 zu erkennen ist.

Auf diese Weise wird das gefügte Werkstück 26 aus den beiden Werkstückteilen 22, 24 erhalten. Die in Figur 3 gezeigte Position des Fügewerkzeugs 10 entspricht der vollständig geschlossenen Position, in der durch die Prüfvorrichtungen 28 das gefügte Werkstück 26 auf Beschädigungen hin geprüft wird.

Die Prüfung des gefügten Werkstücks 26 erfolgt also unmittelbar nach dem Fügen.

Auch die bei der Prüfung des gefügten Werkstücks 26 erhaltenen Muster können an die Auswerteeinheit 30 übermittelt werden, in der sie mit einem Grenzmuster für gefügte Werkstücke, das in der Auswerteeinheit 30 hinterlegt ist, verglichen werden. Weicht das bei der Prüfung erhaltene Muster zu stark vom Grenzmuster ab, wird auf eine kritische Beschädigung des gefügten Werkstücks 26 geschlossen und das gefügte Werkstück 26 aussortiert, das heißt nicht weiter verwendet.

Auch können in der Auswerteeinheit 30 die Muster der einzelnen Werkstückteile 22, 24 mit dem Muster des gefügten Werkstücks 26 verglichen werden und aus den Unterschieden der Muster auf die durch das Fügen entstandene Beschädigung geschlossen werden.

Der Vergleich der erhaltenen Muster miteinander und/oder mit einem Grenzmuster kann mittels einer Bildverarbeitungssoftware geschehen, wobei die Größe der Unterschiede zwischen den erhaltenen Mustern untereinander oder zwischen den erhaltenen Mustern und dem Grenzmuster als ein Maß der Beschädigung verwendet werden kann.

Überschreitet die beim Fügen entstandene Beschädigung eine vorbestimmte Grenze, so wird das gefügte Werkstück 26 ebenfalls aussortiert.

Dabei kann insbesondere das Größenverhältnis der beiden Beschädigungen zueinander als Grenzwert definiert werden.

Beispielsweise wir eine Beschädigung als kritisch angesehen, wenn die durch das Fügen entstandene Beschädigung die Größe der Anfangsschädigung in kritischem Maße überschreitet, insbesondere dann, wenn die als nicht kritisch eingestufte Anfangsschädigung in ihrer Größe mehr als 2-fach durch die durch das Fügen erzeugte Beschädigung zugenommen hat. Typische Beschädigungen in einem faserverstärktem Kunststoff, die beim Fügen eingebracht werden, sind Delamination oder Zwischenfaserbrüche.

Auch das erhaltene Muster des gefügten Werkstücks 26 kann in der Auswerteeinheit 30 hinterlegt werden. Außerdem kann das erhaltene Muster des gefügten Werkstücks 26 zusammen mit den Mustern der einzelnen Werkstückteile 22, 24 in einer Datenbank hinterlegt und mit Informationen über das Endprodukt, in dem das gefügte Werkstück 26 verwendet wurde, verknüpft werden. Die Information über das Produkt kann beispielsweise die Fahrgestellnummer des Fahrzeugs sein, in dem das gefügte Werkstück 26 verbaut wurde, sodass im Falle von Reklamationen auf die Muster der Werkstückteile 22, 24 und des gefügten Werkstücks 26 zurückgegriffen werden kann.

Denkbar ist selbstverständlich auch, dass es sich bei dem Fügewerkzeug 10 um ein anderes Fügewerkzeug als die gezeigte Halbhohlstanznietzange handelt. Selbstverständlich können auch mehr als die gezeigten zwei Werkstückteile durch das Fügewerkzeug miteinander verbunden werden, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Denkbar ist auch, dass das Fügewerkzeug 10 bei einseitigen Fügeverfahren die Werkstückteile 22, 24 auf Beschädigungen überprüft, wenn der Stempel 12 auf einem der Werkstückteile 22, 24 aufsitzt oder in einem Abstand von weniger als 3,0 mm zu einem der Werkstückteile 22, 24 positioniert ist.