Ein Beitrag zur digitalen Auslegung von Fügeprozessen im Karosseriebau mit Fokus auf das Remote-Laserstrahlschweißen unter Einsatz flexibler Spanntechnik

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18732_Bauer_Diss_MB_384.pdf (5.08 MB)
Diss. Reihe Maschinenbau, Band 384

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2022-03-18
Issue Year
2022
Authors
Bauer, Felix
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-498-1
Abstract

The use of pneumatically actuated clamping rolls attached to welding robots enables an increase in flexibility in remote laser welding in the Body in White shop. The design of the clamping forces, the joining devices and the component tolerances suitable for production represent a challenge. In this work, the clamping and joining process of remote laser welding with a clamping roll was investigated. The investigation was carried out by experiments and simulations with sheet metal parts made of steel and aluminum, as well as for cast aluminum components. For the simulative investigation, validated finite element simulation models were developed, which represent the use of a flexible clamping roll in the Body in White shop for the first time. The simulation models enable the calculation of clamping processes in three ways: displacement-controlled with complete specification of the roll movement, force-controlled with specification of the clamping force progress and force-regulated with specification of the desired resultant joint gaps. Based on the investigations, process- and component-related solutions for reducing the required clamping forces and the resultant joint gaps were identified and a fundamental process understanding for the novel manufacturing process was developed.

Abstract

Der Einsatz von an Schweißrobotern angebrachten, pneumatisch betätigten Spannrollen ermöglicht eine Steigerung der Flexibilität beim Remote-Laserstrahlschweißen im Karosseriebau. Dabei stellen die Auslegung der Spannkräfte, der Fügevorrichtungen und der fertigungsgerechten Bauteiltoleranzen eine Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Spann- und Fügeprozess des Remote-Laserstrahlschweißens mit Einsatz einer Spannrolle untersucht. Die Untersuchung erfolgte experimentell und simulativ für Blechformteile aus Stahl und Aluminium sowie für Aluminiumgussbauteile. Zur simulativen Untersuchung wurden validierte Finite-Elemente Simulationsmodelle erarbeitet, die erstmalig den Einsatz einer flexiblen Spannrolle im Karosseriebau abbilden. Die Simulationsmodelle ermöglichen die Berechnung von Spannprozessen auf drei Arten: weggesteuert mit vollständiger Vorgabe der Rollenbewegung, kraftgesteuert mit Vorgabe eines Spannkraftverlaufs und kraftgeregelt mit Vorgabe gewünschter resultierender Fügespalte. Auf Basis der Untersuchungen wurden prozess- und bauteilseitige Maßnahmen zur Reduktion erforderlicher Spannkräfte und resultierender Fügespalte identifiziert und ein grundlegendes Prozessverständnis für den neuartigen Fertigungsprozess aufgebaut.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
384
Citation
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-497-4
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