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Im Auftrag der SS 2016 Karosserietechnik 5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten.

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Präsentation zum Thema: "Im Auftrag der SS 2016 Karosserietechnik 5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten."—  Präsentation transkript:

1 im Auftrag der SS 2016 Karosserietechnik 5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten

2 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten2 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Fertigungstechnologie ist eines der zentralen Themen beim Karosseriebau:  Ermöglicht/verhindert Leichtbau (z.B. Schweißflansche beim Laserschweißen)

3 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten3 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Laserschweißen  Robscan (Punktartige Laserschweißverbindungen) Quelle: Daimler AG

4 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten4 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Laserschweißen  Robscan (Punktartige Laserschweißverbindungen)  Wobbel-Nähte (Sinusförmige Laserschweißverbindungen) Diese sind um ein Vielfaches belastbarer als einzelne Schweißpunkte, jedoch in der gleichen Prozesszeit herstellbar. Quelle: atzonline

5 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Fertigungstechnologie ist eines der zentralen Themen beim Karosseriebau:  Ermöglicht/verhindert Leichtbau (z.B. Schweißflansche beim Laserschweißen)  Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor (z.B. C-Säule)

6 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten6 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor

7 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten7 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor

8 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten8 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor Lüftungsgitter um Fügestelle zu kaschieren

9 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten9 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor Zierblende um Fügestelle zu kaschieren

10 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten10 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Entscheidet über die Kosten der Herstellung Quelle: Mercedes-Benz

11 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten11 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Fertigungstechnologie ist eines der zentralen Themen beim Karosseriebau:  Ermöglicht/verhindert Leichtbau (z.B. Schweißflansche beim Laserschweißen)  Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor (z.B. C-Säule)  Entscheidet über die Kosten der Herstellung (z.B. komplette Seitenwand) VIDEO!

12 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten12 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Fertigungstechnologie ist eines der zentralen Themen beim Karosseriebau:  Ermöglicht/verhindert Leichtbau (z.B. Schweißflansche beim Laserschweißen)  Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor (z.B. C-Säule)  Entscheidet über die Kosten der Herstellung (z.B. komplette Seitenwand)  Entscheidet über Korrosion (z.B. Wartungsintervall Werkzeug) Quelle: Anwendungstechnologie Aluminium, Springer

13 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten13 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Motivation und Inhalte Fertigungstechnologie ist eines der zentralen Themen beim Karosseriebau:  Ermöglicht/verhindert Leichtbau (z.B. Schweißflansche beim Laserschweißen)  Ermöglicht bzw. gibt bestimmte Designlösungen vor (z.B. C-Säule)  Entscheidet über die Kosten der Herstellung (z.B. komplette Seitenwand)  Entscheidet über Korrosion (z.B. Wartungsintervall Werkzeug)  Entscheidet über die Qualität bei der Herstellung (z.B. Spann- und Fixierkonzept) Konzentration der Inhalte auf Karosserie spezifische Fügetechnik VIDEO!

14 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten14 Karosserieleichtbau CO 2 -Emission auch bei Herstellung, nicht nur im Betrieb Beispiel neue M-Klasse (W164):  Über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs, von der Herstellung über die Nutzung bis hin zur Verwertung, wird CO 2 erzeugt. Die Produktion der neuen M-Klasse verursacht zu Beginn des Lebenszyklus eine vergleichbare Menge an CO 2 -Emissionen wie die des Vorgängers (11 Tonnen CO 2 ). In der sich daran anschließenden Nutzungsphase emittiert die neue M-Klasse rund 44 Tonnen CO 2 ; insgesamt ergeben sich somit für Herstellung, Nutzung und Verwertung 55 Tonnen CO 2. Bedingt durch den höheren Kraftstoffverbrauch emittiert das Vorgängermodell aus 2005 während der Nutzung 69 Tonnen CO 2. In Summe ergeben sich hier also etwa 80 Tonnen CO 2 -Emissionen. Die Reduzierung von 25 Tonnen der CO 2 -Emissionen pro Fahrzeug der neuen M-Klasse gegenüber dem Vorgänger entspricht etwa der 2,5- fachen jährlichen Pro-Kopf-Emission eines Durchschnitts-Europäers. Der TÜV Süd hat der neuen M-Klasse deswegen als erstes Fahrzeug ihrer Klasse das Umweltzertifikat nach der ISO-Norm TR ausgestellt.

15 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten15 Mercedes-Benz C-Klasse (W203) Bodengruppe Vorbau Unterboden vorne Unterboden hinten Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Aufbaureihenfolge einer selbsttragenden Karosserie Quelle: Röth / FH Aachen VIDEO!

16 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten16 Mercedes-Benz C-Klasse (W203) Aufbau – Stufe 1 oberer unterer Scheibenrahmen Seitenwand Kompensationsverstärkung statt Kofferraumtrennwand Heckabschluss Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Aufbaureihenfolge einer selbsttragenden Karosserie Quelle: Röth / FH Aachen

17 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten17 Mercedes-Benz C-Klasse (W203) Aufbau – Stufe 2 äußere Seitenwand Dachstreben Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Aufbaureihenfolge einer selbsttragenden Karosserie Quelle: Röth / FH Aachen

18 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten18 Mercedes-Benz C-Klasse (W203) Aufbau – Stufe 3 Dach Hutablage Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Aufbaureihenfolge einer selbsttragenden Karosserie Quelle: Röth / FH Aachen

19 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten19 Mercedes C-Klasse (W203) Aufbau – Klappen und Kotflügel Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Aufbaureihenfolge einer selbsttragenden Karosserie Quelle: Röth / FH Aachen

20 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten20 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Unterschiedliche Arten des Fügens Mit dem Begriff Fügen bezeichnet man in der Fertigungstechnik das dauerhafte Verbinden von mindestens zwei Bauteilen. Durch das Fügen wird der Zusammenhalt zwischen den zuvor getrennten Werkstücken lokal - d.h. an den Fügestellen - geschaffen und eine Formänderung des neu entstandenen Teils herbeigeführt. Die Verbindung kann dabei von fester oder beweglicher Gestalt sein. Über die Wirkflächen der Verbindung werden die auftretenden Betriebskräfte übertragen. Die DIN 8593 unterteilt das Fügen in neun Gruppen:  Zusammensetzen  Füllen  An- und Einpressen  Fügen durch Urformen  Fügen durch Umformen  Fügen durch Schweißen  Fügen durch Löten  Kleben  Textiles Fügen

21 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten21 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Unterschiedliche Arten des Fügens Funktionsprinzipen

22 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten22 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Unterschiedliche Arten des Fügens Lösbar  Schrauben  Nieten Nicht lösbar  Schweißen Punktschweißen MAG/MIG  Löten  Kleben  Stanznieten  Durchsetzfügen (Toxen, Clinchen)

23 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten23 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Falzen Das äußere Blech wird um das innere Blech herum gebogen und verpresst Wegen Korrosion heute immer Falzkleben  Kleber füllt die Hohlräume aus Source:

24 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten24 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Kleben Linienförmige Verbindung Kein Wärmeeintrag Punkt-Schweiß-Kleben Steife Karosseriekleber:  E-Modul 12 MPa (Stahl MPa) => sehr dünne Kleberschicht 0,3 mm => breite Kleberschicht 15 mm

25 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten25 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Kleben Rohbau der Lotus Elise wird fast ausschließlich geklebt! (ab 1996) Source:

26 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten26 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Laserschweißen / -löten

27 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten27 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Durchsetzfügen (Toxen, Clinchen) Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffe Vorteile:  Kein Vorlochvorgang notwendig  Verschiedenartige Materialien und/oder beschichtete Bleche können gefügt werden  Keine Zusatzwerkstoffe notwendig  Kein Wärmeeintrag in das Bauteil Statische Festigkeit etwa 2/3 bis 1,5 fachen einer vergleichbaren Punktschweißverbindung Die Dauerfestigkeit ist aufgrund von fehlender Kerbwirkung (bei nicht schneidenden Verbindungen) und nicht vorhandener Wärmeeinflusszone höher als bei Punktschweißverbindungen Besonders wenn unterschiedliche Blechstärken verbunden werden müssen bietet das Clinchen großes Potential. Wenn die Fügerichtung "Dick in Dünn" eingehalten wird sind statische Festigkeiten, die das anderthalbfache der Festigkeit einer Punktschweißverbindung übersteigen möglich

28 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten28 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Durchsetzfügen (Toxen, Clinchen) Durchsetzfügewerkzeug besteht aus Stempel und Matrize:  Die zu verbindenden Bleche werden durch den Stempel ähnlich wie beim Tiefziehen unter plastischer Deformation in die Matrize gedrückt  Durch eine spezielle Gestaltung der Matrize entsteht eine druckknopfähnliche Form, die die Bleche form- und kraftschlüssig miteinander verbindet Je nach System bewirkt entweder eine Vertiefung im Boden einer Starrmatrize oder das Nachgeben beweglicher Matrizensegmente, dass die Bleche eine Überschneidung ausbilden Zu unterscheiden sind hier unter anderem der Rundpunkt, bei dem der Stempel eine runde, gasdichte Vertiefung hinterlässt (siehe Schnittdarstellung), und der Rechteckpunkt, bei dem die Verbindung an zwei Seiten eingeschnitten wird und so die Gasdichtigkeit nicht gegeben werden kann. Dafür können in diesem Verfahren auch höherfestige Materialien miteinander verbunden werden.

29 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten29 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Durchsetzfügen (Toxen, Clinchen) Verfahrensablauf: 1. Kombiniertes Einsenken und Durchsetzen 2. Stauchen und Breiten 3. Ausfüllen der oberen Kontur der Gravur 4. Ausfüllen des Ringkanals 5. Seitliches Hinterherfließen Source:

30 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten30 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Durchsetzfügen (Toxen, Clinchen) Alternative Formen:  Verbindung von Blechen mit großen Dickenunterschieden, von hochfesten oder nicht umformbaren Materialien mit umformbaren oder Fügen von Blechen mit nichtmetallischen Materialien. Merkmale:  Eine Lage ist vorgelocht  Das umformbare Blech wird durch die Lochung hindurchgezogen  Der Fügepunkt nimmt radiale und axiale Kräfte auf  Das Verfahren kann auch in Mehrpunktwerkzeugen angewendet werden  Ein exaktes Positionieren der Bauteile ist dabei notwendig Source:

31 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten31 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Stanznieten Ziel des Stanznietens ist das mittelbare, nicht lösbare Verbinden von Blechteilen ohne die beim Vollnieten oder Blindnieten notwendige Vorlochoperation. Zu diesem Zweck kommt ein Nietelement (Hilfsfügeteil) zum Einsatz, das gleichzeitig als Stempel fungiert. Eine zweiseitige Zugänglichkeit der Bauteile ist erforderlich.

32 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten32 Rohbau BMW 5er (MJ2003)  Mit gewichtreduziertem Aluminium- Vorderwagen (GRAV)  Separate Fertigung von Aluminium- und Stahlrohbau  800 Stück/Tag Stahlrohbau  500 Blechteile mit 1000 Roboter  96% Automatisierung  4000 Schweißpunkte  5m Schweißnaht  80m Klebnaht  350 kg GRAV: Laserschweißen und Stanznieten  80 Blechteile mit 300 Robotern  98% Automatisierung  15m Klebnaht  3m Al-Mig-Schweißung  1.7m Al-Laser-Schweißung  600 Stanznieten  45kg Verbindung Stahl – Aluminium  Flächige Kleberauftragung  Spezielle Stanznieten Quelle: BMW Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Stanznieten / Mischbauarten

33 SS 2016 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Stanznieten / Mischbauarten Fügetechnik des Audi TT (2014)  3020 Stahl-Punkt- Schweißungen  1113 Halbhohlstanzniete  44 Vollstanzniete  128 selbstfurchende Schrauben (FDS)  199 Clinch-Punkte  1,9 m Metall-Inert-/Metall- Aktiv-Gas(MIG/MAG)- Schweißverbindungen  4,9 m lasergeschweißte Nähte  76 m Kleber (unterbindet die Kontaktkorrosion) 5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten33 Quelle:

34 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten34 Source: Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Formfließschrauben (Flow drill screw FDS) Prozessstufen der „lochlosen“ FDS Verschraubung: 1. Erwärmen 2. Durchdringen 3. Durchzug formen 4. Gewinde furchen 5. Durchschrauben 6. Anziehen

35 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten35 Source: Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Formfließschrauben (Flow drill screw FDS) FDS im Überblick:  Einseitige Zugänglichkeit  Lösbare und hochqualitative Verbindung ohne Bauteilvorbereitungen wie Vorbohren oder Stanzen  Entfall von Toleranzproblemen bei Durchgangs- und Einschraublöchern  Kein Materialverlust und keine Spanbildung  Anwendung in verschiedenen Blechoberflächen und Metallen (Alu/Stahl)  Hohe Losdrehmomente und Vibrationsfestigkeit, keine zusätzlichen Sicherungselemente erforderlich  Demontage- und recyclingfreundlich  Wiederholverschraubungen auch mit metrischen Schrauben möglich

36 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten36 Quelle: ATZ ( ) Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Rivtac - Highspeed-Bolzensetzen Rivtac eignet sich besonders für: profilintensive Mischbauweisen mit geringen Wanddicken einseitige Zugänglichkeit  kein Vorlochen mehr erforderlich auch ultrahochfeste Teile und Profile von über MPa Festigkeit auch Mehrlagenverbindungen bis zu 6 Millimeter prozesssicher verbinden Taktzeiten deutlich unter einer Sekunde Nagelähnliches Hilfsfügeteil wird auf hohe Geschwindigkeit (>30m/s) beschleunigt und in nicht vorgelochte Fügeteile eingetrieben Der spitze Setzbolzen verdrängt den Werkstoff, ohne dass ein Butzen entsteht Während des Eindringens erfährt der Werkstoff lokal eine starke Temperaturerhöhung, wodurch höhere Umformgrade möglich werden

37 SS Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten37 Quelle: Böllhoff Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Rivtac - Highspeed-Bolzensetzen

38 im Auftrag der SS 2016 Karosserietechnik 5 Fertigungstechnologien der Karosseriekomponenten Back Up


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