Implementation of a new system for estimating and controlling launch costs in VW-Navarra

This paper analyses the implementation of a new system for estimating and controlling launch costs in VW-Navarra. It castles with the definition of a new strategic map, called “Mach 18 Factory”, which places particular emphasis on increasing profitability through greater control of costs. In line with these organizational goals, this project aims at optimizing the way of forecasting and managing launch costs, by creating a computer assisted tool which significantly improves the control of these costs. This tool was able to calculate total launch costs, assign them to specific areas and time them. In addition, it elaborates one budget per area, monitors and controls launch costs by obtaining and analyzing possible deviations and finally, it summarizes the information graphically. This new process and the computer assisted tool were put into practice for forecasting and managing launch cost for the new model VW270. The method implied in this project increased the coordination among areas and creates one responsibility post per areaGraduado o Graduada en Administración y Dirección de Empresas por la Universidad Pública de NavarraEnpresen Administrazio eta Zuzendaritzan Graduatua Nafarroako Unibertsitate Publikoa

Entwicklung und Umsetzung eines Kennzahlensystems zur Leistungsmessung im Karosseriebau

Der steigende Effizienzdruck in der Automobilindustrie führt zu der Notwendigkeit bereits in der frühen Planungsphase umfassende Aussagen in Bezug auf die Leistungsfähigkeit des entworfenen Systems zu machen. In der vorliegenden Arbeit wird für den Fertigungsbereich Karosseriebau ein Kennzahlensystem entwickelt, das eine fundierte Entscheidungsbasis für das Management bietet und den Fertigungsplaner mit detaillierten Informationen zur Erkennung von Schwachstellen versorgt. Zur Beherrschung des komplexen Gesamtsystems wird zunächst ein hierarchisches Prozessmodell erarbeitet, anhand dessen die wesentlichen Erfolgsfaktoren des Karosseriebaus identifiziert und parametriert werden. Die Kennzahlen werden definiert und entsprechend ihrer Ursache-Wirkungs-Beziehungen in einem durchgängigen, modularen Kennzahlensystem angeordnet. Zur Sicherung der Praxistauglichkeit werden bei der Entwicklung des Kennzahlensystems der Kennzahlenbedarf und die Kennzahlenverfügbarkeit über den Projektverlauf berücksichtigt. Die Berechnung und Komprimierung der Kennzahlen sowie die Visualisierung der Leistungsentwicklung werden in die Digitale Fabrik integriert und so der manuelle Pflegeaufwand reduziert. Der Nutzen des Kennzahlensystems in der Unternehmerischen Praxis wird anhand von Beispielen verdeutlicht und nachgewiesen

Beitrag zur Flexibilisierung automatisierter und hochratenfähiger Anlagentechnik im Karosseriebau

Der sehr hohe Automatisierungsgrad innerhalb des Fahrzeugkarosseriebaus, die sehr hohen Qualitätsansprüche und die zunehmende Forderung nach einer produktflexiblen Produktion bilden einen Zielkonflikt, dessen Lösung mit marktverfügbaren Systemen derzeit nur unter erheblichen Einbußen hinsichtlich Taktzeit, Produktionsfläche und Wirtschaftlichkeit möglich ist. Die größten Herausforderungen bei der Flexibilisierung der Betriebsmittel des Karosseriebaus ergeben sich in Bezug auf die Entwicklung modellflexibler Geometrievorrichtungen, wobei die geometrischen und qualitativen Anforderungen bei der Fertigung von Fahrzeugtüren am größten sind. Für die modellübergreifende Produktion ohne Betriebsmittelaustausch wird in dieser Arbeit am Beispiel von Fahrzeugtüren eine Methode sowie eine konstruktive und technische Lösung für flexible Geometriespannvorrichtungen entwickelt. Durch softwaregestützte Analysen mit teilweise spezifisch entwickelten Softwareprogrammen, durch experimentelle Untersuchungen, sowie anhand empirischer Erfahrungen aus Gesprächen mit Anlagenbetreibern, Planern und Vorrichtungsbauern werden Methoden generiert, Anforderungen definiert und letztendlich standardisierte und modular einsetzbare Kinematiksysteme entwickelt. Anhand zweier umgesetzter Prototypen werden experimentelle Analysen zur Validierung der Anforderungen durchgeführt sowie abschließend mit Hilfe von Simulationsmethoden ein Regelungskonzept zur steuerungstechnischen Nachgiebigkeitskompensation der Kinematiksysteme entwickelt.:Bibliographische Beschreibung I Referat I Schlagworte I Vorwort II Inhaltsverzeichnis III Abkürzungsverzeichnis VI Kurzzeichenverzeichnis VIII Indizes X Abbildungsverzeichnis XI Tabellenverzeichnis XV Glossar XVI 1 Einleitung 1 2 Stand der Technik und Wissenschaft 4 2.1 Automobilproduktion und Karosseriebau 4 2.2 Anlagentechnik im Karosseriebau 5 2.2.1 Spannvorrichtungen im Karosseriebau 9 2.2.2 Grundaufbau der Vorrichtungskomponenten 12 2.2.3 Fahrzeugkoordinaten- und Referenzpunktsystem 13 2.3 Flexibilitätssteigerung im Karosseriebau 15 2.3.1 Modellflexibilität durch Austauschkonzepte 15 2.3.2 Modellflexibilität durch Kinematiksysteme innerhalb von Spannvorrichtungen 17 2.3.3 Flexible Vorrichtungssysteme für den automobilen Karosseriebau 19 2.3.4 Systeme zur automatisierten Justage 24 2.4 Softwareunterstützung zur Prozess- und Betriebsmittelplanung 25 2.5 Fügetechnik im Karosseriebau 27 2.6 Anforderungen an Bauteile und Karosseriebauvorrichtungen 30 2.6.1 Qualitätsmerkmale einer Pkw-Karosserie 30 2.6.2 Grundlagen zur qualitätsrelevanten Steifigkeitsbetrachtung 32 2.7 Fazit zum Stand der Technik 33 3 Definition der Zielstellung und Vorgehensweise 35 3.1 Zielstellung 35 3.2 Forschungsfrage 36 3.3 Hypothesen 36 3.4 Vorgehensweise 37 4 Fokussierung und Vorbetrachtungen 39 4.1 Detaillierung des Betrachtungsraumes 39 4.2 Prozessbedingte Vorbetrachtungen 44 5 Analytische Betrachtungen sowie Methoden- und Konzeptentwicklung 47 5.1 Spannstellenanalyse 47 5.2 Methode zur Bauteilausrichtung 55 5.3 Restriktion der Referenzpunkverteilung unterschiedlicher Fahrzeugmodelle 67 5.4 Prozesslastanalysen an Spannvorrichtungen 69 5.4.1 Lastanalysen in der Serienfertigung 69 5.4.2 Lastanalysen in der Forschungsanlage 78 5.5 Bauraumuntersuchungen 83 5.6 Kinematikkonzeptionierung 88 5.7 Konkretisierung der Anforderungen auf Basis der Analysen 93 6 Technische Entwicklung und Konstruktion der Kinematik 97 6.1 Konstruktive Gestaltung 98 6.2 Methode zur Vorrichtungssynthese 105 7 Umsetzung Prototypen und Funktionstests 109 7.1 Prototypenbau 109 7.2 Experimentelle Untersuchungen 111 7.2.1 Bestimmung der Funktionsparameter 111 7.2.2 Verformungsanalyse bei Belastung in X-Richtung 127 7.2.3 Dauerversuche im Laborumfeld 131 7.2.4 Dauerversuche in industrieller Schweißumgebung 132 7.2.5 Zusammenfassung der Funktionstests 137 8 Ableitung eines Regelungskonzeptes zur Nachgiebigkeitskompensation 138 8.1 Vorbetrachtungen zur Kompensation statischer Strukturverformungen 138 8.1.1 Auswahl des Ansatzes zur Verformungskompensation 139 8.1.2 Definition der Simulationsmethode und -umgebung 140 8.2 Simulationsgerechte Aufbereitung der Komponenten 140 8.2.1 Linearführungen und Lager 141 8.2.2 Antriebsstrang 143 8.2.3 Gesamtmodell 145 8.2.4 Validierung des Simulationsmodelles 147 8.3 Durchführung der Arbeitsraumstudien 152 8.4 Konzeptionierung der Positionsregelung 158 8.4.1 Simulationsbasierte Nachgiebigkeitsregelung 158 8.4.2 Realwertbasierte Nachgiebigkeitsregelung 160 9 Auswertung und Zusammenfassung 161 10 Ausblick 164 Literaturverzeichnis 166 Lebenslauf 179 Eigene Veröffentlichungen 18

Methode zur Eigenschaftsdarstellung von Laserstrahlschweißnähten im Karosseriebau

Das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ist zu einem konventionellen Fügeverfahren geworden. Dies gilt unabhängig von der Art der Strahlquelle, der Strahlführung und für die gesamte Sicherheits-, Steuerungs-, Automatisierungs- und Vorrichtungstechnik. Mehr und mehr Baugruppen sind speziell für die Laserverfahren konstruiert, nutzen deren spezifischen Eigenschaften gezielt aus und können nicht mehr mit anderen Fügeverfahren hergestellt werden. Unterschiedliche Schweißnaht-Merkmale sind nicht durch die Lasertechnik verursacht, sondern zumeist in ungünstigen Spannbedingungen oder Bauteil-, Werkstoff- oder Beschichtungsabweichungen begründet. Trotz der hohen Präzision aller Fertigungskomponenten treten durch die Sensibilität des Fügeprozesses bedingte systematische und stochastische Nahtunregelmäßigkeiten auf. Systematisch erkennbare Ursachen sind die wenigen hundertstel bis zehntel Millimeter Bauteilgeometrie-, Positions- oder Beschichtungsabweichungen bzw. Toleranzen, deren umfassende Beherrschung noch aussteht. Unabhängig davon treten scheinbar zufällige Unregelmäßig-keiten trotz allseits optimaler Bedingungen auf. Im Ergebnis dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um aus Prozesssignalen mit einer erstaunlich einfachen Vorgehensweise entstandene Schweißnahtmerkmale zu prognostizieren. Die Merkmalseinteilung lehnt sich an der maßgeblichen Prüfvorschrift an und erreicht schon in dieser frühen Entwicklungsphase einen guten bis sehr guten Bewertungsgrad. Begründet und untermauert wird diese Methode mit der Erweiterung der bestehenden Modellvorstellung zur Laserstrahl-(Stahl)Werkstoff-Wechselwirkung vom Einschweißen zum Ver-schweißen der Nahtform I-Naht am 2-Blech Überlappstoß verzinkter Bleche. Die Vorgänge im Schweißprozess für jedes prognostizierbare Nahtmerkmal sind skizziert, begründet und mit den Prozessemissionen in Zusammenhang gebracht.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................141The laser welding in the car body shop has become a conventional joining process. This is independent from the type of the laser beam source, the course of the radiation and for the complete safety-, control-, automation- and equipment-technology. More and more modules are especially designed for the laser procedure, use their specific characteristics and cannot be produced by any other joining processes. Different characteristics of welds are not caused by the laser technique, but mostly due to unfavourable clamping conditions or because of tolerances of parts, material or coating. Despite the big precision of all production components, systematic and stochastic welding imperfections appear due to the sensibility of the joining process. Systematically identifiable causes are the deviations or tolerances of a few hundredths to tenths of a millimetre concerning the component’s geometry, positions and coatings, whose complete control is still due. Independent from that appear seemingly random irregularities, despite the well-optimal conditions. In result to this work, a method for pre-calculating welding characteristics through an amazingly simple approach was developed. The classification is based on the test specification and achieved even at this early stage of development a good or very good rating level. This method is justified and supported through the addition of the already existing image of the model to the laser/material interaction; from weld-in to the weld-together of square butt form- seams on 2 zinc coated sheets lap joint. The transactions within the welding process for each pre-calculated seam-characteristic are outlined, justified and related to the process emissions in context.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................14

Automatisierung, Digitalisierung und Wandel der Beschäftigungsstrukturen in der Automobilindustrie: eine kurze Geschichte vom Anfang der 1990er bis 2018

In der gegenwärtigen Diskussion gilt es als sicher, dass wir in einer Zeit rasant fortschreitender Automatisierung leben, die insbesondere durch den Einsatz von Robotern vorangetrieben wird. Die Roboterdichte gilt dementsprechend in vielen Publikationen als der zentrale Indikator der Automatisierung. Die vorliegende Studie stellt diese Argumentation in Frage. Sie untersucht zwei zentrale Fragen: Erstens, welche Ansätze der Automatisierung und Digitalisierung werden in der Automobilindustrie in Deutschland, Japan und den USA verfolgt? Zweitens, wie haben sich die Beschäftigung und ihre Zusammensetzung nach Tätigkeitsgruppen in der Automobilindustrie in den drei Ländern entwickelt? Der erste Teil der Studie fokussiert auf die Entwicklung der Automatisierungs- und Digitalisierungsansätze in der Automobilindustrie seit Anfang der 1990er Jahre bis heute. Er kombiniert eine qualitative Analyse der Fachpresse der Automobilbranche sowie eine quantitative Auswertung der Entwicklung des Roboterbestands von 1993 bis 2018 basierend auf den Statistiken der International Federation of Robotics. Im zweiten Teil der Studie wird der Wandel der Beschäftigungsstrukturen anhand von Berufsstatistiken des Bureau of Labor Statistics (USA), der Bundesagentur für Arbeit (Deutschland) und des Statistics Bureau of Japan untersucht. Die Studie stellt die Wahrnehmung einer automatisierungsbedingten Bedrohung von Beschäftigung und insbesondere von Produktionsbeschäftigung in Frage. Sie diskutiert zugleich die Entwicklungen in Deutschland, Japan und den USA im Vergleich und verdeutlicht Unterschiede der Automatisierung- und Digitalisierungsansätze sowie auch unterschiedliche Pfade des Wandels von Beschäftigungsstrukturen.In the current public discussion, it is considered certain that we live in a time of rapidly advancing automation, which is driven in particular by the use of robots. Accordingly, many academic publications use robot density as the central indicator of automation. The present study challenges this perspective. It examines two central questions: First, what approaches to automation and digitalization are being pursued in the automotive industry in Germany, Japan and the USA? Second, how have employment and its occupational composition in the automotive industry developed in the three countries? The first part of the study focuses on the development of automation and digitalization approaches in the automotive industry from the early 1990s until today. It combines a qualitative analysis of press articles and a quantitative evaluation of the development of the stock of industrial robots from 1993 to 2018 based on the statistics of the International Federation of Robotics. The second part of the study focuses on the change in employment structures using occupational statistics from the Bureau of Labor Statistics (USA), the Federal Employment Agency (Germany) and the Statistics Bureau of Japan. The study questions the perception of an automation-related threat to employment and especially to production employment. At the same time, it discusses developments in Germany, Japan and the USA in comparison and highlights differences in automation and digitalization approaches as well as different paths of change in employment structures

Simulationsmethode zur Beurteilung der Maßhaltigkeit von rollgefalzten Karosseriebaugruppen im Zusammenbau

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der digitalen Absicherung der Maßhaltigkeit von Zusammenbaugruppen im Karosseriebau. Fokussiert werden dabei die Fügeprozesse Clinchen und Rollfalzen von mehreren Pressteilen für Klappen- und Anbauteile. Übergreifendes Ziel dieser Arbeit stellt dabei die numerische Simulation der Produktionsprozesse im Presswerk sowie im Karosseriebau dar mit dem Ziel einer Maßhaltigkeitsprognose. Die Rückfederungsberechnung, wie sie bei Pressteilen schon seit einigen Jahren etabliert ist, wird dabei auf mehrteilig gefügte Baugruppen erweitert. Einen Schwerpunkt bildet der Rollfalzprozess, der die Beplankung mit dem Innenteil verbindet. In Kapitel 2 wird der derzeitige Stand der Technik im Karosseriebau aufgezeigt. Die zentralen Aspekte bildeten dabei zunächst die Bauweisen der Karosserie, der Produktentstehungsprozess, die verfahrenstechnischen Grundlagen, die heutigen Qualitätskriterien im Karosseriebau, Ursachen für Maßabweichungen sowie die Simulationsmethoden, welche heutzutage zur digitalen Absicherung der Fertigungsprozesse im Einsatz sind. Am Beispiel des Zusammenbaus einer Motorhaube, welche im vorliegenden Fall aus insgesamt neun Pressteilen aufgebaut ist, wurde in Kapitel 4 der Fertigungsprozess von der Platine bis zum fertig lackierten Zusammenbau beschrieben. Optische Messungen nach jedem einzelnen Prozessschritt geben Aufschluss darüber, wie sich die Maßhaltigkeit im Laufe der Produktentstehung entwickelt und wie diese beeinflusst wird. Von besonderer Bedeutung sind dabei das Zusammenwirken aus der Einzelteilabweichung und die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf den Zusammenbau. Auf Basis der Messergebnisse entlang der Fertigung der Motorhaube aus Kapitel 4 wurden in Kapitel 5 Methoden entwickelt, um den Produktionsprozess mit Hilfe numerischer Prozesssimulationen digital abzubilden. Die essentiellen Bausteine bestehen darin, die wesentlichen Fertigungsschritte in einzelne Simulationsschritte zu transferieren. Im Bereich des Karosseriebaus sind dies vor allem die Spann- und Ausrichtkonzepte der Pressteile zueinander sowie die Abbildung der einzelnen Fügeverfahren. Herausfordernd war es, die Fügeprozesse derart vereinfacht abzubilden, dass bei derzeitig verfügbarer Rechenleistung die wesentlichen Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit hinreichend genau abgebildet werden konnten. Eine weitere Anforderung an die Simulationsmethode stellte die schnellstmögliche Generierung des Simulationsinputs aus den vorhandenen Produkt- und Prozessdaten, wie sie derzeit im PLM-System oder den CAD-Daten abgelegt sind, dar. Nur dadurch konnte gewährleistet werden, dass die Simulationsmethodik in den derzeitigen digitalen Absicherungsprozess integriert und zukünftig im Serieneinsatz verwendet werden kann. Die Validierung der Simulationsmethodik zur ganzheitlichen numerischen Maßhaltigkeitsbetrachtung erfolgte in Kapitel 6. Die Simulationsergebnisse für die untersuchte Motorhaube werden dabei den Messungen aus Kapitel 4 gegenübergestellt. Für die einzelnen Pressteile standen für die Zusammenbausimulation jeweils drei unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Mit der ersten wurden Einzelteile auf Basis der CAD-Daten idealisiert, mit der zweiten auf Basis von vorangegangenen Umformsimulationen und mit der dritten Variante wurden Einzelteile verwendet, die aus den optischen Einzelteilmessungen aufbereitet wurden. Die besten Ergebnisse für die rollgefalzte Rückfederungsberechnung konnten mit den Eingangsdaten der Pressteile aus den optischen Messungen erzielt werden. Durch die Zusammenbausimulation konnte die Maßhaltigkeit bis auf Abweichungen kleiner als 0,3 mm prognostiziert werden. Doch auch aus den Umformsimulationen konnten im Zusammenbau Ergebnisse erzielt werden, die sich für eine Einflussanalyse verwenden lassen. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die Gesamtprozesskette eines Zusammenbaus vollständig digital abgesichert werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Fehler bei der Rückfederungsberechnung der Pressteile auch die Aussagequalität der Zusammenbausimulation verschlechtern. Im letzten Kapitel wurden anhand einer zweiten Motorhaube mit Hilfe der in dieser Arbeit entwickelten Simulationsmethode numerische Einflussanalysen durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der Maßhaltigkeit der Pressteile des Innenteils sowie der Beplankung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Einzelteile mit Hilfe der Simulation identifizieren lassen, die für die Gesamtmaßhaltigkeit der Baugruppe von besonderer Bedeutung sind. Dadurch ist es möglich, Toleranzen am Einzelteil gezielt festzulegen oder beispielsweise Kompensationsmaßnahmen am Pressteil zu definieren, die aus der Zusammenbausimulation abgeleitet werden. Darin ist mit Sicherheit das größte zukünftige Potenzial der Simulationsmethode zu sehen. In der vorliegenden Arbeit wurde dieses exemplarisch für eine zweite untersuchte Motorhaube angewendet und validiert. Gezielte Einzelteilüberwölbungen haben in der Simulation zu einer schnellen Verbesserung der Maßhaltigkeit des Zusammenbaus geführt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnte somit eine Methode entwickelt werden, die den sequentiellen Aufbau einer Zusammenbausimulation zur Bestimmung der Maßhaltigkeit gefügter Pressteile beschreibt. In der digitalen Phase des Produktentstehungsprozesses ergeben sich dadurch neue bzw. erweiterte Möglichkeit frühzeitig auf die Verbesserung der Maßhaltigkeit Einfluss zu nehmen. Insbesondere kann durch die ganzheitliche Betrachtung der Produktionsprozesse im Presswerk und Rohbau die Definition der Kompensationsstrategie auf Basis der Zusammenbausimulation erfolgen

Reduzierung von Nahtimperfektionen beim Laserstrahlhartlöten

Das Laserstrahlhartlöten ermöglicht die Herstellung von Fügeverbindungen mit exzellenten Nahtqualitäten. Daher hat es sich bei anspruchsvollen Anwendungen, wie zweiteiligen Heckklappen und der Verbindung von Dach und Seitenwandrahmen (Dachnullfuge) etabliert. Um die hohen Qualitätsanforderungen durch das Laserstrahlhartlöten realisieren zu können, sind allerdings anspruchsvolle konstruktive Randbedingungen zu erfüllen, die über die Fertigungskette nicht immer vollständig sicherzustellen sind. Das Ergebnis solcher Fertigungs- und Materialschwankungen äußert sich dann oft als Nahtimperfektionen, die während des Laserlötprozesses entstehen. Diese verursachen vor allem mit steigenden Prozessgeschwindigkeiten einen erhöhten und kostenintensiven Nacharbeitsaufwand und sollten daher vermindert bzw. gänzlich vermieden werden. Das Ziel ist somit den Laserlötprozess so robust wie möglich auszulegen, um auf diese Fertigungsschwankungen ohne Einschränkungen in der Nahtqualität reagieren zu können. Im ersten Teil dieser Arbeit werden wesentliche Einflussfaktoren auf die Ausbildung der Nahtqualität am schrägen Bördelstoß untersucht und die systemtechnischen Grenzen mit einem statischen und runden Laserspot aufgezeigt. Weiterhin werden die resultierenden Nahtqualitäten durch das Laserstrahllöten mit gescanntem Laserstrahl in Vorschubrichtung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Nahtqualität mit diesem innovativen Ansatz bezüglich des Anbindungsquerschnittes und der Oberflächenqualität weiter steigern lassen. Dies lässt sich ebenfalls für höhere Prozessgeschwindigkeiten realisieren. Abschließend werden neuartige Möglichkeiten der Prozessüberwachung, sowie erste Ansätze zur Prozessregelung des Laserstrahlhartlötens am schrägen Bördelstoß vorgestellt. Die erzielten Resultate zeigen, dass sich der Laserstrahlhartlötprozess durch die Regelung der Laserleistung in Verbindung mit evaluierten Temperaturfeldern im Bereich der Prozesszone online kontrollieren und sich dadurch die Prozessstabilität merklich steigern lässt

Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen mittels umformtechnischer Prozesse

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sollen in kommenden Fahrzeugprojekten in verstärkter Weise zur Reduzierung des Karosseriegewichtes beitragen. Neue Werkstoffe und Einsatzbedingungen erfordern jedoch in gleichem Maße angepasste Konstruktionen und innovative Fügetechnologien. Um die Realisierung der Gewichtseinsparpotenziale in wirtschaftlich attraktiver Weise zu ermöglichen, muss daher die Fügbarkeit von CFK-Stahl-Verbindungen mittels umformtechnischer Prozesse gewährleistet werden. Insbesondere der bisher unbekannte Einfluss von Fügeimperfektionen stellt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Hemmschwelle für den industriellen Einsatz von CFK im Karosseriebau dar. Um sowohl die Einflüsse von Seiten des umformtechnischen Fügens als auch des werkstofflichen Einsatzgebietes CFK zu berücksichtigen, werden im Rahmen dieser Arbeit alle Teilgebiete der Fügbarkeit inklusive der Wechselbeziehungen zwischen Werkstoff, Konstruktion und Fertigung analysiert. Aus dem Verständnis der Fügbarkeit als ganzheitliche, globale Querschnittsfunktion und der damit notwendigen Einbeziehung der Produktentstehungs- und Produktnutzungsprozesse wird zudem eine Ergänzung der Fügbarkeit um den Prozesskettengedanken vorgenommen. Durch analytische und experimentelle Betrachtungen wurde eine auf Regressionsanalysen basierende Methodik, bestehend aus der Einbringung, Quantifizierung und Einflussbewertung von Imperfektionen, entwickelt und validiert. Über diese Methodik kann der Einfluss von Fügeimperfektionen gezielt untersucht und beschrieben werden. Die getätigten Untersuchungen wurden zudem zur Weiterentwicklung geeigneter Fügeverfahren für den Einsatz bei CFK-Mischverbindungen genutzt und die gesammelten Erkenntnisse anschließend in Konstruktionshinweise überführt. Nach der Bewertung aller Herausforderungen, die für das Fügen in der automobilen Prozesskette wesentlich sind, kann die Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen mittels umformtechnischer Prozesse als gegeben betrachtet werden. Somit ergibt sich für CFK als Leichtbauwerkstoff, neben der Luftfahrtindustrie, in der Automobilbranche ein weiteres Einsatzfeld im Transportwesen. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse dienten so auch als Grundlage für den weltweit ersten industriellen Einsatz des Halbhohlstanznietens bei CFK-Stahl-Verbindungen im neuen BMW 7er.:1 EINLEITUNG 2 STAND DER TECHNIK 2.1 Mischbau mit CFK im Karosseriebau 2.2 Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen 2.2.1 Fügeeignung von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 2.2.2 Fügemöglichkeit von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 2.2.2.1 Blindnieten 2.2.2.2 Fließformschrauben 2.2.2.3 Stanznieten mit Halbhohlniet 2.2.2.4 Stanznieten mit Vollniet 2.2.3 Fügesicherheit von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 3 UNTERSUCHUNGSZIEL UND WISSENSCHAFTLICHER ANSATZ 4 ANALYTISCHE BETRACHTUNGEN UND MODELLBILDUNG 4.1 Fügeeignung 4.1.1 Bauteilimperfektionen 4.1.2 Fügeimperfektionen 4.1.2.1 Klassifizierung von Fügeimperfektionen 4.1.2.2 Entwicklung einer Methodik zur Einbringung von Fügeimperfektionen 4.1.2.3 Analyse der in-plane Schubfestigkeit 4.1.2.4 Analyse der Zugfestigkeit in x-Richtung 4.1.2.5 Analyse der Lochleibungsfestigkeit 4.1.2.6 Analyse des Elementdurchzugversagens 4.1.2.7 Analyse des Verhaltens von mit Klebstoff hybrid gefügten Fügeverbindungen 4.2 Fügemöglichkeit 4.2.1 Blindnieten 4.2.2 Fließformschrauben 4.2.2.1 Parameteruntersuchung: Bit-Kraft und Drehzahl 4.2.2.2 Parameteruntersuchung: Anzugsmoment 4.2.2.3 Parameteruntersuchung: Vorlochdurchmesser 4.2.2.4 Elemententwicklung 4.2.3 Stanznieten mit Halbhohlniet 4.2.4 Stanznieten mit Vollniet 4.2.5 Delta-Alpha-Problematik 4.3 Fügesicherheit 4.3.1 Analyse des Scherbruchversagens 4.3.2 Verhalten unter verschiedenen Belastungszuständen 5 EXPERIMENTELLE BETRACHTUNGEN 5.1 Untersuchungsmethodik 5.1.1 Versuchswerkstoffe 5.1.2 Fügeelemente 5.1.3 Probengeometrien 5.1.4 Fügeeinrichtungen 5.1.5 Prüfmethoden 5.2 Fügeeignung 5.2.1 Bauteilimperfektionen 5.2.2 Fügeimperfektionen 5.2.2.1 Validierung einer zerstörungsfreien Prüfmethodik 5.2.2.2 Validierung der entwickelten Methodik zur Einbringung von Fügeimperfektionen 5.2.2.3 Auswirkungen auf die in-plane Schubfestigkeit 5.2.2.4 Auswirkungen auf die Zugfestigkeit in x-Richtung 5.2.2.5 Auswirkungen auf die Lochleibungsfestigkeit 5.2.2.6 Auswirkungen auf das Elementdurchzugversagen 5.2.2.7 Auswirkungen auf das Verhalten von mit Klebstoff hybrid gefügten Verbindungen 5.3 Fügemöglichkeit 5.3.1 Fließformschrauben 5.3.1.1 Parameteruntersuchung: Bit-Kraft und Drehzahl 5.3.1.2 Parameteruntersuchung: Anzugsmoment 5.3.1.3 Parameteruntersuchung: Vorlochdurchmesser 5.3.1.4 Elemententwicklung 5.3.2 Stanznieten mit Halbhohlniet 5.3.2.1 Parameteruntersuchungen 5.3.2.2 Elemententwicklung 5.3.3 Stanznieten mit Vollniet 5.4 Fügesicherheit 5.4.1 Experimentelle Analyse des Scherbruchversagens 5.4.2 Verhalten unter quasistatischer Belastung 5.4.2.1 Verhalten bei Raumtemperatur 5.4.2.2 Verhalten bei verschiedenen Einsatztemperaturen 5.4.3 Verhalten unter dynamischer Belastung 5.4.3.1 Verhalten unter dynamisch crashartiger Belastung 5.4.3.2 Verhalten unter dynamisch zyklischer Belastung 5.4.4 Verhalten unter korrosiver Belastung 5.5 Ableitung von Konstruktionsrichtlinien 6 FÜGBARKEIT VON CFK-MISCHVERBINDUNGEN IM KAROSSERIEBAU 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLIC

Methode zur Bewertung und Prognose der Anmutungsqualität und der Herstellbarkeit von Falzschlaufen an Karosserieanbauteilen aus Aluminium

Die hohen Ansprüche der Kunden an Premiumfahrzeuge sowohl im Hinblick auf die technologische Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs wie auch hinsichtlich der attraktiven Gestaltung des Exterieurs stellen heute zentrale Punkte bei der Planung und Entwicklung solcher Fahrzeuge dar. Gleichzeitig wird der Prozess zur Konzept- und Serienentwicklung von Premiumfahrzeugen durch den hohen Grad an Derivatisierung und die Forderung nach kurzen Produkteinführungszeiten zunehmend komplex. Insbesondere die Fertigung von Anbauteilen für die Fahrzeugaußenhaut steht im Spannungsfeld zwischen der Umsetzung von Designvorgaben, die den Kundenwunsch widerspiegeln, und der Wirtschaftlichkeit zur Auslegung und Absicherung der Herstellbarkeit dieser Teile. Neben den Designmerkmalen auf der flächigen Außenhaut (z. B. Tornadolinie) stehen auch Designmerkmale wie Fugen im Fokus der Fahrzeughersteller. Die Fugen von Fahrzeugen (z. B. Türfuge) stellen aufgrund Ihrer geringen Breite (< 10 mm) keine selbständigen Formelemente dar, vielmehr wirken die Fugen als Trennlinie zwischen zwei Bauteilen. Diese Trennlinien sind einerseits technisch erforderlich (z. B. um eine Relativbewegung der Bauteile zu ermöglichen), andererseits sind die Fugen für den Kunden sichtbar und stellen somit ein gestalterisches Element der Fahrzeugaußenhaut dar. Im Sinne des Produktdesigns sind Fugen Teil der Produktgestalt, die beim Kunden Aufmerksamkeit erzeugen und Interesse wecken soll. Die „Kommunikation“ zwischen Mensch und Produkt wird durch die Wahrnehmung und die Erkennung des Produkts sowie durch das Verhalten gegenüber dem Produkt bestimmt. Die emotionalen Eindrücke des Kunden, d. h. das Auftreten von negativen oder positiven Stimmungen, werden als Anmutung des Produktes bezeichnet. Diese Anmutung stellt einen diffusen, gefühlsartigen und subjektiv geprägten Eindruck dar. Durch das projizieren des erlebten Eindrucks auf das Produkt wird die Anmutung gleichzeitig zu einer Objekteigenschaft. Für eine ansprechende Produktgestaltung mit dem Ziel bestimmte Fahrzeugeigenschaften (z. B. Sportlichkeit) zu vermitteln, muss die Anmutung der Karosseriefugen mit betrachtet und bewertet werden. Die zeitlichen Vorgänge während des Erkennens sowie grundsätzliche Zusammenhänge zwischen Formgestalt und Anmutung sind zwar bekannt (vgl. Kap. 2.1), eine Quantifizierung der Anmutungsleistung von Karosseriefugen heutiger Fahrzeuge liegt jedoch nicht vor. Ziel dieser Arbeit ist es daher die Anmutung von Karosseriefugen zu erfassen, zu quantifizieren und fertigungstechnische Einflussgrößen zu ermitteln. Karosseriefugen werden durch die angrenzenden Anbauteile bestimmt. Hierbei steht vor allem die Falzung der Anbauteile, welche deren Umrandung darstellt, im Fokus. Das Falzen des Außenteils mit dem Innenteil stellt einen Karosseriebauprozess dar. Aus fertigungstechnischer Sicht ist das Falzen der Bauteile ein Biegeprozess, bei dessen Auslegung insbesondere die auftretenden Biegebeanspruchungen betrachtet werden müssen. Die im Rahmen dieser Arbeit betrachteten Aluminiumblechwerkstoffe der AA 6xxx Reihe weisen eine, im Vergleich zu üblichen Stahlgüten, reduzierte Biegbarkeit auf. Obwohl in den vergangenen Jahren zahlreiche Ansätze zur Bestimmung der Biegbarkeit (vgl. Kap. 2.3.4) dieser Werkstoffe entwickelt wurden, stellt die Auslegung von Falzprozessen für den PKW-Karosseriebau auch heute noch eine große Herausforderung dar. Eine Ursache hierfür ist die eingeschränkte Übertragbarkeit der in einfachsten Laborversuchen ermittelten Biegekriterien, z. B. mithilfe des Plättchenbiegens, auf den komplexen Karosseriebauprozess unter Berücksichtigung der Einzelteilherstellung, z. B. Tiefziehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher seriennahe Versuchswerkzeuge für Maschinen- und Rollfalzvorgänge eingesetzt, um einerseits die Biegekriterien zu validieren und andererseits Prozesseinflussgrößen zu quantifizieren. Damit zukünftige Fertigungsprozesse für Karosserieanbauteile aus Aluminium, welche an ihrer Bauteilumrandung Falzschlaufen mit hoher Anmutungsqualität aufweisen sollen, versagensfrei ausgeführt werden können, ist es Ziel dieser Arbeit ein prinzipielles Modell zur Prognose der Anmutungsqualität der Falzschlaufe und der auftretenden Biegebeanspruchungen zu entwickeln. Das als Hemming Quality Diagram HQD bezeichnete Modell stellt einen kausalen Zusammenhang zwischen der Anmutungsqualität einer Falzschlaufe und deren Herstellbarkeit dar. Die grundlegenden Voraussetzungen hierfür sind die Kenntnisse über die prozessualen Einflussgrößen auf die dimensionalen Eigenschaften der Falzschlaufe (und somit auch deren Anmutungsqualität) sowie auf die Biegebeanspruchungen (und somit der Herstellbarkeit der Falzschlaufe). Für die Bewertung der Herstellbarkeit wurde zunächst die Biegbarkeit von zwei Aluminiumlegierungen mithilfe des Plättchenbiegens charakterisiert. Die Ergebnisse der Charakterisierung dienten als Referenz bei der nachfolgenden Bewertung der während des Falzens auftretenden Biegebeanspruchungen. Für die Bewertung der Biegbarkeit wurde der Biegebewertungsfaktor nach [DEN14] als Versagenskriterium verwendet. Dieses Kriterium wurde speziell für Aluminiumlegierungen der AA 6xxx Reihe entwickelt und beschreibt das Versagen in Folge einer starken Dehnungslokalisierung an der Falzschlaufe. Für die experimentelle Bestimmung der Biegebeanspruchung wurde zunächst mithilfe der optischen Formänderungsanalyse die Dehnungsverteilung an der Falzkante gemessen und anschließend das Dehnungsmaximum und die Breite der Formänderungszone bestimmt. Aus dem Verhältnis dieser beiden Größen kann die Biegebeanspruchung abgeleitet werden. Im Anschluss an die Charakterisierung der Werkstoffe wurde die prozessuale, schrittweise Entwicklung der Biegebeanspruchung während des Falzens betrachtet. Hierbei wurde sowohl das Maschinenfalzen mit starren Werkzeugen als auch das Rollfalzen mit einem industriellen Roboter untersucht. Die betrachtete Prozessfolge umfasste dabei sowohl das Tiefziehen und Abstellen der Bauteilflansche des Einzelteils als auch das Falzen. Bei beiden Fertigungstechnologien zeigt sich, dass die Biegebeanspruchung nicht ausschließlich vom Falzprozess abhängt, vielmehr werden die Beanspruchungen bereits bei der Einzelteilherstellung prädisponiert. Aufbauend auf die prozessuale Betrachtung der Fertigungskette wurden mit denselben seriennahen Werkzeugen die Einflussgrößen auf die Biegebeanspruchung untersucht und quantifiziert. Neben den prozessualen Einflussgrößen (z. B. Vorbeanspruchung des Außenblechs beim Tiefziehen) wurden zwei Aluminiumlegierungen und konstruktive Einflussgrößen (z. B. Nennblechdicke des Innenteils) mit betrachtet. Die experimentellen Versuche wurden mit einem statistischen Versuchsplan durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen sowohl für das Maschinen- als auch für das Rollfalzen, dass die Wahl des Blechwerkstoffs und die Nennblechdicken der eingesetzten Blechgüten den weitaus größten Teil der resultierenden Biegebeanspruchung vorherbestimmen. Die prozessualen Größen „Abstellradius“ und „Vorbeanspruchung“ bilden die wichtigsten fertigungstechnischen Einflussgrößen. Beim Maschinenfalzen kann die Biegebeanspruchung nur sehr gering durch die technologischen Parameter des Falzens (z. B. Falzkraft) beeinflusst werden. Beim Rollfalzen ist die Möglichkeit zur Einflussnahme etwas deutlicher ausgeprägt. Hier ist vor allem die Bahn der Falzrolle während des Vorfalzens entscheidend. Im Vergleich zur Beeinflussung der Biegebeanspruchung durch den Einzelteilprozess sind die Stellmöglichkeiten beim Falzen (Maschinen- und Rollfalzen) als gering zu bewerten. Die experimentellen Untersuchungen dienten neben der Ermittlung der Biegebeanspruchung auch der Ermittlung der dimensionalen Eigenschaften der Falzschlaufe. Für die Bewertung der dimensionalen Eigenschaften werden charakteristische Merkmale, die einerseits messtechnisch erfassbar sind, andererseits die visuellen Eigenschaften der Falzschlaufe in Hinblick auf die Anmutung widerspiegeln, benötigt. Die Analyse der Querschnitte von Falzschlaufen aus Aluminium zeigte, dass die Kontur eines gefalzten Blechabschnitts nur unzureichend durch die Angabe eines Kreisradius beschrieben wird. Deutlich bessere Approximationen wurden mithilfe von Ellipsen erzielt. Für die Bewertung der dimensionalen Eigenschaften wurde eine Ellipse gewählt, deren Hauptachsen die sichtbare Schlaufenlänge und die sichtbare Schlaufentiefe bilden. Die Kontur des Falzes wird auf diese Weise zu ca. 97 % genau wiedergegeben. Analog zu den experimentellen Untersuchungen zur Biegebeanspruchung wurde die schrittweise Entwicklung der Falzgeometrie innerhalb der Fertigungskette betrachtet. Dabei zeigt sich, dass beim Maschinenfalzen die sichtbare Schlaufenlänge und -tiefe prinzipiell zunächst bis zum Vorfalzen größer werden, bevor beim Fertigfalzen die endgültige Schlaufenform erzeugt wird. Im Gegensatz dazu findet beim Rollfalzen eine kontinuierlich fortschreitende Reduktion der sichtbaren Schlaufenlänge und -tiefe statt. Vergleichbar zu den Betrachtungen der Einflussgrößen auf die Biegebeanspruchung beim Falzen kann für die dimensionale Ausführung festgestellt werden, dass die Einzelteilherstellung die finale Schlaufenform maßgeblich vorbestimmt. Bei beiden Fertigungstechnologien beträgt der Einfluss zwischen 80 - 90 %. Nur ein vergleichsweise geringer Teil der Schlaufengeometrie wird durch das eigentliche Falzen im Karosserierohbau bestimmt. Nachdem die Herstellbarkeit der Falzverbindung experimentell untersucht wurde, stand in den folgenden Untersuchungen die Ermittlung der Anmutungsqualität im Fokus. In einer Feldstudie wurden zunächst die Falzschlaufen an heutigen Premiumfahrzeugen unterschiedlicher Marken gemessen. Diese Messwerte dienten als Ausgangspunkt für eine theoretische Betrachtung von Fugenmerkmalen und einer Probandenbefragung zur Ermittlung von Einflussgrößen auf die wahrgenommene Anmutungsqualität von Falzschlaufen. Im Rahmen der theoretischen Untersuchung wurde angenommen, dass die Wahrnehmung der Fugengeometrie nicht ausschließlich durch die geometrische Fugenbreite. sondern auch durch die angrenzenden Bauteilgeometrien. bestimmt wird. Die wahrnehmbare Fugenbreite wird demnach durch den Helligkeitsverlauf quer zur Fugenrichtung beeinflusst. Als Haupteinflussgrößen auf diese Helligkeitsverteilung und die wahrnehmbare Fugenbreite wurden die geometrische Fugenbreite, die sichtbare Schlaufenlänge der Falzschlaufe, der Blickwinkel des Betrachters, die Asymmetrie der Fugen und der Lichteinfallswinkel identifiziert. Für die quantitative Erhebung der Anmutungsqualität wurde ein Fragebogen erstellt, der von der Probandengruppe bearbeitet wurde. Um sicherzustellen, dass die Probanden eine Gruppe von Kunden von Premiumfahrzeugen widerspiegeln, wurde anhand von Kontrollfragen am Beginn des Fragebogens eine Klassifizierung der Teilnehmer vorgenommen. Im Vergleich mit bekannten Merkmalen von Kunden im Premiumsegment wurde festgestellt, dass die durch gezielte Auswahl und anschließendes Schnellballverfahren bestimmten Probanden diese Gruppe repräsentieren. Im Hauptteil des Fragebogens wurden den Teilnehmern Darstellungen von Fugensituationen mit unterschiedlichen geometrischen Merkmalen vorgelegt, die von den Probanden verglichen und bewertet wurden. Die vorgelegten Fugensituationen unterschieden sich in jeweils einem Merkmal und stellten somit einen einfachen statistischen Versuchsplan zur Untersuchung von Einflussgrößen dar. Die Auswertung der Umfrageergebnisse zeigt, dass die Fugenbreite und der Falzradius an der Fuge die signifikantesten Einflussgrößen auf die empfundene Fugenqualität darstellen. Die Signifikanz der Einflussfaktoren und deren Rangfolge in der Bewertung stimmen mit den Ergebnissen der theoretischen Studien zur wahrnehmbaren Fugenbreite überein. Anhand der experimentellen und theoretischen Untersuchungsergebnisse zu den Einflussparametern auf die Herstellbarkeit und die Anmutungsqualität von Falzschlaufen beim Maschinen- und Rollfalzen, können die Anmutungsqualität und die Herstellbarkeit in Abhängigkeit der Prozessgrößen (z. B. Vorfalzwinkel) angegeben werden. Durch die Kombination beider Prognosemodelle wird das Hemming Quality Diagram gebildet, das beide Zielgrößen prognostizieren kann. Für die Validierung des HQD wurde ein Serienbauteil aus Aluminium verwendet (Vordertür). Zunächst erfolgte die Prognose der Biegebeanspruchung und der Anmutung anhand von vorgegebenen Prozessgrößen (z. B. Schätzung der Vordehnung aus Vorgängerprojekt), anschließend wurden die dimensionalen Schlaufeneigenschaften sowie die Biegebeanspruchung am Bauteil gemessen. Hierzu wurden die optischer Formänderungsanalyse und die Schliffbildanalyse eingesetzt. Der Vergleich der gemessenen Werte mit den vorhergesagten Prognosewerten zeigte nur geringste Abweichungen. Abschließend lässt sich festhalten, dass mit dieser Arbeit eine Methode zur Prognostizierung der Anmutungsqualität von Falzschlaufen sowie der auftretenden, werkstofflichen Beanspruchungen bei deren Herstellung dargelegt wurde. Diese übergreifende, d. h. über die technologischen Gesichtspunkte hinausgehende, Bewertung von Falzprozessen basiert auf technologischen Versuchen mit Serienwerkstoffen und technologieunabhängigen Kundenbefragungen. Die Anwendung der Methode wurde im Rahmen dieser Arbeit an einem Serienbauteil aufgezeigt. Für die Auslegung zukünftiger Falzprozesse bietet sich somit die Möglichkeit diese sowohl im Hinblick auf die Herstellbarkeit, als auch im Hinblick auf die Anmutungsqualität der Falzverbindung zu gestalten