CN101678431B - 金属板组件、用于接合金属板的方法和接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种金属板组件，包括：外金属板(1)，包括通过滚动翻折或滑动翻折绕着翻折边缘(1b)折叠的凸缘(1c,1d,1e)；内金属板(2)，与凸缘(1c,1d,1e)形成接合部(3,6,8)；以及焊接焊缝(4,5,7)，产生在接合部(3,6,8)上或其中并将金属板(1,2)相互固定连接。本发明还涉及用于接合金属板的方法和用于翻折和焊接的装置。该装置包括：工具头部(10)；设置在工具头部(10)上的翻折件(13,13’)，用于进行滚动翻折或滑动翻折；以及设置在工具头部(10)上的焊接工具(15)，其中设置翻折件(13,13’)和焊接工具(15)，从而翻折件(13,13’)形成用于可利用焊接工具(15)进行的焊接过程的加压装置。

Description

金属板组件、用于接合金属板的方法和接合装置

本发明涉及零部件接合，特别是金属板接合，包括焊接过程。

焊接是已被证实的用于金属零部件的接合方法。在自动焊接过程中，将所要接合的零部件固定到接合位置，并在焊接期间使用例如加压指状件或加压辊的加压装置在当前的焊接位置附近将它们彼此压紧，其中加压装置与焊接工具一起沿着将要形成的焊接焊缝的纵向方向经过零部件的接合区域。这些零部件必须按照适于焊接的几何形状提供。例如，在仍然在压机中被塑性再成形的期间或者处于在压机中成形之后的例如折边的再成形过程中，在要被接合的金属板上形成有适用于焊接的凸缘。如果在仍然处于压机中的期间来形成凸缘，则由于需要从模具中取出该部件因而在能够形成的凸缘几何形状方面存在限制。用于在随后形成凸缘的折边装置体积大且是非柔性的。此外，复杂的折边过程只能以很高的成本来实现。

卷边也是接合金属板的一种方法，其中已知滚压卷边和粘合的接合组合，该方法实现了强制配合和材料配合连接。在受到动态应力的组件中，胶水除了具有提高刚度的功能之外还具有缓冲或防止可能出现的噪声的功能，所述噪声产生在已接合的金属板之间。胶水还具有密封功能。滚压卷边技术的一个优点在于其对于零部件几何形状而言的高度的柔性。举例来说，在EP1685915A1、EP1420908B1、DE10011954A1和DE10338170B4中描述了卷边工具和方法或者更普遍地说是翻边工具和方法。

本发明的目的在于在相对于翻边的柔性程度而言的柔性和组件的强度方面改进对零部件的接合，所述零部件中的至少一个为金属板。

本发明将翻边过程与焊接过程组合到了一起。

根据本发明的这种方法组合提供了由外金属板和内金属板以及可选的一个或多个其它金属板构成的金属板组件，其中外金属板包括围绕着翻折边缘折起并且与内金属板形成接合部的凸缘。将金属板相互固定连接的焊接焊缝在接合部中或接合部上延伸。外金属板通过沿翻折边缘的纵向方向连续进行的翻折过程而被轻轻折叠。与例如在深拉伸压机中成形的相同几何形状的金属板相比，外金属板在跨越翻折边缘的区域的横向方向上呈现出明显更加均匀、更少裂纹的材料结构。与已经在传统折边机中翻折出凸缘的金属板相比同样是这样。因为再成形是沿着翻折边缘的纵向方向进行并且因此一直只是局部的，所以翻折边缘可以呈现包括一个或多个弯曲部甚至是具有可变曲率半径的弯曲部的复杂行进路线。根据本发明的金属板组件比包括有传统的卷边连接的金属板组件的刚性更大，因为焊接焊缝至少在直接接合区域中将这些金属板固定地且绝对刚性地彼此连接。这对于受到动态应力的金属板组件而言尤为有利，因为金属板可以不再相对于彼此运动并因此在接合区域中相互摩擦，并且因此还能够不再产生出噪音。焊接焊缝还密封着接合区域或者至少是接合区域的内部区域。如果焊缝在沿着翻折边缘的纵向方向测量的金属板接合区域的整个长度上连续延伸，则这是有利的。

在安装时，例如安装在汽车上时，外金属板优选地从外面可见，并且具体来说可以形成交通工具的外壳或者原则上也可以形成任何其它的结构单元的外壳，其中内金属板相应地面向交通工具或其它结构单元的内部。但是，原则上，术语“外金属板”和“内金属板”仅仅用来区分这些概念，以便说明至少外金属板包括翻折的焊接凸缘。如果表面没有经过在翻边之后去除印记的表面处理，则由于滚动或滑动印记，翻边在凸缘的外侧是可见的。

在优选的实施方案中，凸缘沿着外金属板的外周边延伸并且与整个外金属板相比只形成狭窄的周边带。从外金属板的横截面视角看，凸缘在翻折边缘长度的至少主要部分上明显短于经由翻折边缘过渡到凸缘的外金属板的外金属板区域。

接合部可以是对接接合部或者尤其是是搭接接合部和/或端接接合部。如果为搭接接合部，则焊缝可以是I形焊缝。在焊接中，焊缝在搭接接合部中更优选地是形成为中空焊缝。通过位于搭接接合部一端的中空焊缝，接合部可以在从组件的横截面视角看的整个接合部长度上密封，由此最有效地防止了缝隙腐蚀。

外金属板的凸缘具体来说可以在其翻边或卷边区域中形成槽，内金属板突出到该槽中以便相对于该槽在凸缘的内侧上形成搭接接合部。虽然不太优选，但是对于凸缘和内金属板而言很容易想到在凸缘的面背着槽的外侧上形成搭接接合部。此外，在将内金属板和凸缘彼此焊接时槽形的翻边区域也是有利的，从而形成对接接合部。

在优选实施方案中，如在原理上已从传统的卷边连接中所得知的那样，内金属板在凸缘的外周边和外金属板面对着凸缘周边的相对区域之间被夹在槽中。在这些实施方案中，优选地在一面积上其两侧均被夹住，无论如何通过表面加压来实现。在这些实施方案中，外金属板在其包括凸缘的翻边区域中具体来说可以被设置为U形横截面形状。为了将密封化合物容纳在接合区域中，如果外金属板在包括翻折边缘的翻折基部中形成从横截面视角看的眼状中空空间，则是有益的。

在变化的但是同样优选的实施方案中，其中内金属板没有被夹在槽中或者没有在任何可接受的程度上被夹住，凸缘以一倾角远离外金属板的相面对的区域。由此，槽在包括翻折边缘的翻折基部的方向变窄。

在所有的示例性的实施方案中，凸缘沿着金属板组件的横截面可以呈现弯曲的行进。但是优选的，凸缘在横截面中是直的。

本发明特别适用于交通工具制造业，即适合于航空工具、航天工具、水运工具和陆运工具特别是汽车上的金属板组件。具体来说，金属板组件可以作为交通工具外壳的组成部分。一个主要用途是作为交通工具尤其是汽车的配件，举例来说，如车门、天窗、仓门式后背、行李箱盖和机罩。但是，除了这些可活动的配件之外，本发明还适用于那些安装到车身但是自身一旦安装则形成车身的固定组成部分的配件，举例来说，如已安装的挡泥板。此外，本发明还适用于制造安装配件之前的车身。因此，具体来说本发明可以用于制造交通工具尤其是汽车的侧部或顶部。一个主要用途例如是在车身的侧面部分所进行的或者是在挡泥板安装之前或在它安装时在挡泥板上进行的所谓的轮罩拱卷边。另外，本发明还适用于在生产线中加工车身的侧部和顶部之间的连接。但是,原则上,本发明还适用于制造其它多维组件结构，因为根据本发明所采用的翻折过程在金属板连接凸缘的几何形状方面原则上不受任何限制。要被翻折的特别是要被翻边的金属板的形状越复杂，本发明相对于传统方法的优点就越明显。虽然本发明对于交通工具工业而言特别有利，但是它在原则上也能够用于其它工业。

在根据本发明的接合方法中，外金属板和内金属板在接合位置相对于彼此固定。凸缘通过沿着翻折边缘的纵向方向运动的翻折件绕着外金属板上的翻折边缘折叠。翻折边缘可以已经在前面的再成形过程中在压机中通过例如深拉伸或压纹而在一定程度上被预成形，或者可以在初始金属板成形过程之后的翻边过程中进行初步成形。可以通过翻折件将凸缘折叠到在接合位置外的焊接所需的位置或方向，而随后只是将外金属板固定在接合位置。可选的是，也可以使用翻折件将外金属板翻折到接合位置，而随后只是将内金属板固定到接合位置中。但是，在优选的实施方案中，外金属板和内金属板在第一方法步骤中在接合位置相对于彼此固定，并且只在它们一旦固定后才进行翻折以及焊接。在这些实施方案中，随后可以在第二步骤中通过翻折件再次折叠凸缘，从而其与内金属板形成接合部，并且可以在第三步骤中将这些金属板在接合部上或接合部中彼此只是焊接在一起，所述第三步骤在翻折步骤之后但是与翻折步骤是分开的。但是，在特别优选的方法实施方案中，通过同时使用翻折件作为再成形工具和用于焊接过程的加压装置，来一起进行翻边以及焊接这两个过程。在这些实施方案中，翻折件在第二个功能中取代了传统焊接过程中已知的加压指状件或加压辊。

本发明的主题包括一种既能够翻边也能够焊接的装置。其是一种组合工具，包括工具头部；翻折工具，设置在工具头部上并且包括至少一个翻折件；以及设置在工具头部上的焊接工具。设置翻折件和焊接工具，从而在焊接工具产生焊接焊缝的情况下，翻折件形成用于焊接工具的加压装置，以便实现后面描述的尤其优选的方法实施方案。翻折工具可以包括多个翻折件，这些翻折件可选地设置在工具头部上的加工位置中，从而它们可以运动以便进行翻折过程；但是，在优选的简单实施方案中，工具头部只承载单个翻折件，该单个翻折件进一步优选地总是采用加工位置。

针对该装置和方法所述的翻折件具体来说可以是翻折辊，或者可选地也可以是在翻折过程中沿着翻折边缘的纵向方向在凸缘上滑动的滑动件。在优选的实施方案中，翻折过程相应地包括滚动翻折、或者也可以是滑动翻折。

具体来说，可以设计焊接工具使得它通过能量束来产生出焊接所需的热量。在优选的实施方案中，焊接工具为激光焊接工具。在同样优选的实施方案中，它是气体保护焊接工具。但是，原则上也可以使用以其它方式焊接的焊接工具来取代使用能量束工作的焊接工具。

如果焊接工具为通过能量束来产生连接所需能量的工具，则翻折件和焊接工具优选地设置在工具头部上，从而翻折件在翻折过程中局部施加的压力和能量束彼此间距很小地施加到要被生产的组件。选择该距离使得通过翻折件施加的压力在焊接位置处仍然可靠地确保零部件被彼此压在一起并且不能分开。该距离优选地沿着翻折边缘的纵向方向看为至少1mm并且最多6mm。所述距离范围中的尤其优选的数值为至少2mm并且至多4mm，并且该较窄的范围中的尤其优选的数值为大约3mm。如果翻折件是翻折辊，则显然能量束跟随着翻折辊，其中该距离在能量束在冲击位置的中心和在翻折辊与凸缘接触的加压线或狭窄的加压带上最接近该中心的位置之间测量得到。如果翻折件为滑动件并且如果滑动件不仅沿着加压线或加压带与凸缘接触，其中所述加压带沿着翻折边缘的纵向方向较窄，则该距离在能量束的中心和滑动件上的将凸缘折叠到其接合位置中的最近的点之间测量得到，其中凸缘在所述接合位置被焊接到内金属板。上面针对能量束所述的那些也类似地适用于以其它方式将焊接所需的能量引导进接合区域的焊接工具。

具体对于产生中空焊缝而言，如果工具头部包括焊缝跟踪系统则是有利的，利用所述焊缝跟踪系统使得焊接工具跟随着对接接合部，所述对接接合部存在于搭接接合部的端部并且焊缝要产生在所述对接接合部中。焊缝跟踪系统包括：用于优选地以触感方式扫描对接接合部的传感器、以及使得焊接工具能够相对于翻折件运动的补偿机构。可以设计补偿机构使其只允许平移补偿运动、或者只允许旋转补偿运动、或者优选允许平移和旋转补偿运动。焊接工具因此可以通过在工具头部上的补偿机构在公共加工位置中相对于翻折件呈现一个或多个运动自由度。焊接工具优选地无论如何通过弹簧力相对于一个或多个自由度保持在中间的位置和方向上。为了进行补偿，焊接工具可以特别地在该装置的加工进行过程中在当前有效位置处可以绕着与翻折边缘的纵向方向平行的轴线枢轴转动。作为可选方案或者另外优选地，能够相对于对接接合部来回移动的能力也是有利的。

由于翻折件在空间上与焊接工具相邻，如果在工具头部上设置清洁装置则是有利的，通过所述清洁装置可以在翻折以及焊接过程中对翻折件进行清洁。清洁装置可以包括刷子或刮擦器或者用于给翻折件施加干冰的装置。

在从属权利要求和其组合中也披露了一些优选特征。

下面基于附图描述了本发明的示例性实施方案。这些示例性实施方案所披露的特征单独地或任意组合地有利地显现出权利要求和上面所述的实施方案的主题。其中：

图1-4用于接合金属板的卷边过程；

图5根据本发明第一示例性实施方案的金属板组件；

图6根据本发明第二示例性实施方案的金属板组件；

图7在进行根据本发明的接合方法时的根据本发明的接合装置，该接合装置包括翻折件和焊接工具；

图8放大显示的出图7的接合区域，其中包括有另一个翻折件；

图9根据本发明第三示例性实施方案的金属板组件；

图10在生产第三示例性实施方案的金属板组件时的根据本发明的接合装置；

图11在接合区域中的根据本发明的接合装置；

图12根据本发明第四示例性实施方案的金属板组件；

图13根据本发明第五示例性实施方案的金属板组件；

图14第三示例性实施方案的金属板组件；

图15根据本发明第六示例性实施方案的金属板组件；

图16根据本发明第七示例性实施方案的金属板组件；

图17根据本发明第八示例性实施方案的金属板组件；

图18根据本发明第九示例性实施方案的金属板组件；

图19根据本发明第十示例性实施方案的金属板组件；

图20根据本发明第十一示例性实施方案的金属板组件；以及

图21根据本发明第十二示例性实施方案的金属板组件。

图1－4显示了通过滚压翻折制造金属板组件的方法顺序。每个图显示了通过夹紧装置相对于彼此固定在接合位置的内金属板2和外金属板1的周边区域的横截面。在前面的塑性再成形过程中，例如深拉伸中，金属板1和2获得了各自连接所需要最终形状，但连接仍然需要的随后的再成形除外。金属板1和2二者都是三维弯曲结构，其中每个均包括适用于在所示的接合区域中进行卷边连接的凸缘，其中内金属板2的凸缘通过夹紧装置在一面积上被压紧在外金属板1上。在外金属板区域1a中，外金属板1经锐弯1b过渡到凸缘1c。在数个翻折步骤中，凸缘1c沿着内金属板2的凸缘方向接连地被完全折叠。在翻折过程中，弯1b无论如何是形成了翻折边缘，并因此在下文中被称为翻折边缘1b。凸缘利用安装在工具头部上从而可以围绕旋转轴线R旋转的翻折辊13而折叠。在示例性实施方案中，凸缘1c在三个步骤中总共被折叠90°。

图2显示了第一翻折步骤，其中沿着翻折边缘1b的纵向方向滚过凸缘1c的翻折辊13的运行表面以大约30°角被施加到还没有被翻折的凸缘1c上，从而凸缘1c在运行表面在其上滚压时以所采用的角度朝向内金属板2的凸缘折叠。在图3中，翻折辊13的运行表面再次以大约30°角被施加到在第一翻折步骤中已经被折叠了的凸缘1c上，从而在第二个加工运行中再被折叠了30°。在最后一个加工运行中，如图4所示，凸缘1c又被折叠了30°，由此被完全折叠，并被翻折辊13压在内金属板2的凸缘上。在最终的翻折步骤中，翻折辊13用作为最终翻折辊。在最终的加工运行或者翻折步骤中，翻折辊13优选地由弹簧力支承在工具头部上，其中弹簧力沿着凸缘1c的方向起作用。在两个在先步骤中，翻折辊13优选地被支承在工具头部上使其并不屈服（yield），以便在每个步骤中获得所限定的凸缘几何形状。一旦卷边连接已经完成，如图4所示，外金属板1在凸缘1c的区域内形成U形槽，在所述U形槽中内金属板2的连接凸缘无论如何通过表面加压被固定地夹在外金属板区域1a和凸缘1c之间。在卷边之前，密封化合物被引入到卷边区域中，以便防止在动态应力的情况下，在彼此被夹着的金属板1和2之间出现缝隙腐蚀，以至少减缓相对运动所产生的噪音。

图5显示了根据本发明第一示例性实施方案的金属板组件的接合区域。金属板组件由通过卷边连接和焊接连接以强制配合、摩擦配合和材料配合而彼此连接的外金属板1和内金属板2形成。该卷边连接从几何特性来说与上面描述的卷边连接相匹配。其也可以具体来说通过在图1－4的基础上以示例的方式所示出的那样来制造。焊接连接由中空焊缝4形成，所述中空焊缝是在凸缘1c完全折叠到并靠在内金属板2上时利用焊接工具制造出的。完全折叠的凸缘1c在接合区域，即外金属板1的槽中，与内金属板2的凸缘一起形成搭接接合部3，其中凸缘1c和内金属板2的凸缘在所述搭接接合部3的区域中一个位于另一个之上，而密封化合物优选地提供在搭接接合部3中。中空焊缝4在搭接接合部3上延伸，即沿着凸缘1c的自由外周边。

焊缝4可以在与最终翻折步骤相分开的焊接工具加工运行中形成。但是优选地，翻折工具和焊接工具在最终翻折的过程中一起执行加工运行，如图4所示，其中连同翻折辊13的翻折工具通过在加工运行的过程中在翻折辊13在凸缘1c上施加足以进行焊接的压力的位置处制造焊缝4而形成用于焊接工具的加压装置，从而凸缘1c的自由周边在焊接过程中被翻折辊13固定地压在内金属板2上，并且在此区域内不能与内金属板2脱离。激光焊接设备被用作为焊接工具，其在当前有效位置局部融化接合区域，并在加工运行过程中将焊接材料供给到当前融化区域。焊接焊缝4确保了金属板1和2之间在接合区域中能够绝对固定地连接，在此区域中其防止了金属板1和2之间的相对运动，从而不再会由于动态应力而产生噪音。焊缝4还直接在搭接接合部3的外端部密封接合区域，即其还实现了密封功能。因此在接合区域中，即在外金属板1的槽中，不再需要密封化合物，尽管根据本发明的金属板组件也优选地包括在接合区域中的位于金属板1和2之间的密封化合物。

图6显示了根据本发明第二示例性实施方案的金属板组件，它与第一示例性实施方案的金属板组件的不同仅在于焊接连接方面。在第二示例性实施方案中，焊缝5延伸进入搭接接合部3中，与翻折边缘1b至少基本平行。焊缝5是I型焊缝。为了制造焊缝5，激光焊接工具在最终翻折之后或者优选地如根据第一示例性实施方案所示的那样直接在最终翻折的过程中在凸缘1c上行进，并将其沿着翻折边缘1b的纵向方向连续地、逐渐地和分别地进行局部融化。将前进速度和激光输出被相互调整，从而激光束也将凸缘1c之下的内金属板2局部地融化。因此熔融区域跨越凸缘1c并延伸到内金属板2。一旦硬化后，就在激光束之后形成了固定的焊接连接。就焊缝行进的精度以及因此的焊接工具的引导来说，制造焊缝5对焊接过程的需求更低。但是，在搭接接合部3的端部的焊缝4确保了整个接合区域被密封，并因此进一步有助于防止缝隙腐蚀。形成在搭接接合部3的端部的焊缝4的另一个优点是潜在地节省了材料，因为从横截面视角看的凸缘1c的长度比第二示例性实施方案的短，因此可以在外金属板1中节省材料。

图7显示了可以用来闭合卷边即完成卷边连接并且可以在同一个加工运行中在卷边区域中进行焊接的装置。该装置包括工具头部10，所述工具头部形成了用于翻折工具12和焊接工具15的框架，在示例性实施方案中，所述焊接工具是激光焊接工具。工具头10还包括连接部11，用于紧固至可以在空间活动的促动器上。促动器具体来说可以由机器臂的端部形成。关于金属板1和2，只再次显示了接合区域和紧挨着它的周围。内金属板2已经向上突出远离凸缘1c旁边的外金属板1，这显著削弱了焊接工具15的可接近性。因此在内金属板2上成形的用于接合的凸缘非常短。为了仍然能够将焊接光束引导至接合区域中所需的位置上，对于最终翻折采用了圆锥形的翻折辊13'来代替圆柱形的翻折辊。焊接工具15于是可以被更陡地施加到接合区域中。翻折辊13'可以围绕其旋转轴线R旋转，并也可以克服回复弹簧力被支承在工具头部10上，从而它可以沿着轴线Z线性移动，其中所述轴线Z垂直于旋转轴线R和翻折边缘1b的局部纵向方向X。通过将翻折辊13'固定到气动单元14的活塞杆上从而使其可绕旋转轴线R旋转，从而利用气动单元14获得了最终翻折所需的支承弹性。翻折辊13'没有显示出相对于工具头部10的超出其旋转能力和沿轴线Z的平移能力之外的任何其它自由度。移动轴线Z在图7中装置的旁边被表示在相对于工具头部10静止的笛卡尔坐标系。旋转轴线R形成该坐标系的另一个轴线。在加工运行过程中，在翻折辊13'的当前有效位置中，第三轴线X与翻折边缘1b的纵向是一致的。

激光工具15还通过连接凸缘17固定连接至工具头部10，即该连接凸缘17可以理解为工具头部10的固定框架部分。固定连接能确保激光工具15相对于翻折辊13'设置在已经限定好的位置和方向。然而，在这种固定的设置中，激光工具15的激光头相对于翻折辊13'的补偿运动是可以的，通过该补偿运动，激光头特别地可以补偿接合区域中的不均匀性。为此，激光头或者整个激光工具通过补偿机构支承在工具头10上。补偿机构能够绕X轴进行枢转运动，并相对于接合区进行靠近和远离的平移运动。补偿机构相对于这两种运动自由度安装激光头或者激光工具，从而使得它无论如何可以克服弹簧力绕一中性位置来回枢转，并且还使得它可以分别地克服回复弹簧力来回平移。

图8显示了接合区域的放大图。对于该装置，仅可以看见翻折辊和激光束16，其中与图7不同，在图8中显示的翻折辊是圆柱形的翻折辊13。翻折辊13可以由翻折辊13'所代替，尽管这会改变激光束16的倾角α。倾角α在垂直于处于有效位置中的凸缘1c的直线和激光束16的中心光束轴线之间测量得到。在示例性实施方案中，中空焊缝4，如已经对基于图5的金属板组件的第一示例性实施方案所描述过的，是通过该装置而形成的。为了形成中空焊缝4，激光束16被引导至搭接接合部3的端部上。倾角α应当被测量为至少5°，以便不仅是内金属板2而且凸缘1c的周边也被融化。这样选择倾角，确保了融化的区域S延伸过对接接合部的整个角部区域，如图8所示，从而在焊接过程中供给的焊接材料被均匀地连接到凸缘1c和内金属板2。当使用圆锥形翻折辊13'时，这导致了仍然有利于焊接的上锥度值。翻折辊13'的锥度，即翻折辊13'的运行表面相对于旋转轴线R的倾斜度，优选地被测量为之多15°。

图9显示了根据本发明第三示例性实施方案的金属板组件。该金属板组件与第一和第二示例性实施方案的区别在于在接合区域通过翻折所形成的槽的形状。在翻折过程中，外金属板1的凸缘（称之为1d以示区别）没有折叠到第一和第二示例性实施方案中的那种程度。在翻折过程中，凸缘1d向经由翻折边缘1b而相邻的金属板区域1a的方向折叠，仅折叠到足以获得V形槽的程度，即在翻折后，凸缘1d指向相对于金属板区域1a的一偏斜倾斜。如果（仅作为示例假设在图1的基础上进行）翻折是从外金属板1开始的，其中凸缘1d在翻折之前已经大致以直角从金属板区域1a伸出，该倾角优选被选择为使得凸缘1d可以在一个或者至多两个翻折步骤中被折叠到所示的最终形状。内金属板2的凸缘伸到槽内，并且内金属板2的凸缘的自由周边突出到并靠在金属板区域1a的面向凸缘1d的内侧。根据金属板的厚度，内金属板2也可以伸到槽的基部中。

图10显示了根据本发明的装置，包括圆柱形的翻折辊13，所述装置正在对包括有图9所示的接合区域的金属板组件进行翻折并同时进行焊接。金属板组件可以例如形成用于汽车的门。接合区域连同在所述区域中工作的翻折和激光工具12和15也被详细地示出。除了接合区域之外，金属板组件与图7和8中的金属板组件一致。如从图10的详细表示中可以看出的，因为内金属板2的形状（其凸缘在接合位置相对于金属板区域1a倾斜）以及随之而来的凸缘1d的不完全折叠，改善了激光工具15在接合区域的可接近性。最终翻折可以采用圆柱形的翻折辊13，而激光束16可以同时以倾角α（图8）引导至接合区域上，所述倾角有利于融化角部和/或融化区域S。当内金属板2已经相对于相对的外金属板1在接合区域附近向上伸出，并因此显著限制了在翻折辊13或13'和内金属板2的向上伸出并在示例性实施方案中成槽形的区域之间的可用于激光工具15的空间的情况下，内金属板的凸缘方向以及所得到的凸缘1d的形状，即在凸缘1d和金属板区域1a之间形成的槽，如示例性实施方案所示的那样，是特别有利的。

在翻边和焊接之前，外金属板1和内金属板2在图10所示的接合位置中相对于彼此固定，其中内金属板2的周边凸缘被压在与翻折边缘1b相接的金属板区域1a上。与第一和第二示例性实施方案不同，内金属板2的凸缘在接合位置中没有在一区域内与相对的金属板区域1a邻接，而是如图10尤其是如图9的详细表示所示，在周边仅具有基本线性的接触。线性接触，或者大体上在金属板1和2之间的接触，是有利于翻折的，因为这避免了或者至少基本上避免了在凸缘1c或1d被折叠到并靠在内金属板2的凸缘上以便形成搭接接合部3时内金属板2的屈服。图10显示了在数个翻折步骤中的该最终翻折步骤中或者优选地总体上最后一个翻折步骤中的接合装置。为了以尽可能短的凸缘1d进行接合，再次制造焊缝4，如在第一示例性实施方案中一样，所述焊缝4被制成为搭接接合部3上的中空焊缝。

图11以穿过第一示例性实施方案的金属板组件1和2的接合区域的纵向截面的视角示出了在加工运行过程中的接合装置，其中凸缘1c和相对的外金属板1的金属板区域1a形成了U形槽。接合装置的移动方向由在工具头部10的X轴上的方向箭头表示。激光束16被引导至融化区域S，而在加压线P上的翻折辊13作用在凸缘1c上并通过凸缘1c作用在内金属板2和外金属板1的金属板区域1a上，所述加压线P实际上是一狭窄的加压带。由于翻折工具12和激光工具15在同一个工具头部10上的所述的设置，在第一近似中为点状的融化区域S在加工运行过程中以一较小距离d跟随着加压线P。如果，如在示例性情景中已经假设的那样，金属板组件是汽车的门或者其它配件或者是车身部分，那么在这种金属板组件的金属板厚度是典型的、且翻折工具的前进速度是通常的、而且激光输出合适的情况下，距离d优选地被测量为大约3mm。不考虑这种具体的应用，距离d被选择为使得在融化区域S内由翻折辊13施加到凸缘1c上的压力仍然大到足以将凸缘1c的形成融化区域S的一部分的外周边固定地压到内金属板2上，从而凸缘1c在融化区域S内不再与内金属板2脱离，并且可以以中空焊缝的形式制造清洁的焊缝4。

为了补偿在当前的融化区域S中沿着翻折边缘1b可能发生的任何不均匀性和其它不规则问题，激光工具15包括触觉传感器18，该触觉传感器被不可移动地连接至激光头。触觉传感器18是较窄的指状件，该指状件沿着移动方向X在融化区域S之前扫描在凸缘1c和内金属板2之间的搭接接合部的端部，并且由于它与激光头的固定连接，该指状件在其枢转和平移的能力范围内跟随激光头。

图12显示了根据本发明第四示例性实施方案的金属板组件的接合区域，其除了一个区别之外与第一示例性实施方案的接合区域一致，该区别为：凸缘1c和相应的搭接接合部3比图5所示的接合区域中的短。这相应地也缩短了潜在地受到缝隙腐蚀威胁的区域；特别是，反而，在外金属板1中节省了材料。由于焊接连接，缩短搭接接合部3的长度不会或者感觉不到会影响接合连接的刚度和强度。

图13显示了根据本发明第五示例性实施方案的金属板组件，该金属板组件包括一接合区域，该接合区域在只是直接涉及到卷边连接和焊接连接的情况下与第一示例性实施方案一致。但是，金属板组件的几何形状在整体上不如第一和第四示例性实施方案（图5和12）中的有利，因为翻折工具的可接近性尤其是焊接工具的可接近性由于金属板组件的几何形状而被明显削弱。

图14再次显示了第三示例性实施方案的金属板组件。与之相比较的是，图15显示了根据本发明第六示例性实施方案的金属板组件，其与第三示例性实施方案的金属板组件的区别在于，内金属板2伸出到形成在凸缘1d和金属板区域1a之间的槽中，但是没有一直到与外金属板1对接接触。另一个区别在于外金属板1在槽的区域中两次偏离。翻折边缘1b与直接引导金属板区域1a的附加的锐弯偏离一较小距离。第三个也是最后一个区别是凸缘1d和搭接接合部3的长度，该长度比第三示例性实施方案中的大。

图16显示了根据本发明第七示例性实施方案的金属板组件。在第七示例性实施方案中，凸缘（称之为1e以示区别）没有折叠到金属板区域1a的方向，其经由翻折边缘1b从所述金属板区域1a突出，从而它不会与相邻的金属板区域1a有共同的方向分量，并且特别是不会与其形成槽。当形成卷边连接时，凸缘1e如根据其它示例性实施方案所述的那样利用翻折工具12绕翻折边缘1b折叠，从而它与通过翻折边缘与其相接的金属板区域1a包围了如示例性实施方案所示的例如90°的角度，或者大于90°的角度。凸缘1e可以仅在折叠之前沿着直线简单地加长金属板区域1a。如在第一示例性实施方案中所述，焊缝4通过焊接工具15被形成为搭接接合部3上的中空焊缝。

图17至19显示了根据本发明另外三个示例性实施方案的金属板组件。与迄今所述的示例性实施方案中的金属板组件不同，接合部形成在金属板1和2之间，不是作为搭接接合部，而是作为对接接合部6。优选地覆盖接合部6的整个区域的焊缝7可以例如形成为V焊缝。在图17和18的示例性实施方案中，凸缘1e根据图16的示例性实施方案折叠，从而它与金属板区域1a包围90°或更大的角度。在图19的示例性实施方案，凸缘1d在一个或多个翻折步骤中绕翻折边缘1b仅被折叠以至多90°的角度，但是在凸缘1d被根据本发明的翻折再次折叠的翻折过程之前，金属板已包括有倾斜的凸缘。结果是，再次获得了槽，但是具有两个边，一个是早前已经形成的边，另一个是翻折边缘1b。

在图17的示例性实施方案中，凸缘1e的内侧放置为相对金属板2的端面侧。在图18的示例性实施方案，内金属板2的内侧在焊接过程中压在凸缘1e的端面侧。在图19的示例性实施方案中，凸缘1d和金属板2的端面侧彼此压紧，并在它们按照这种方式被夹住时彼此焊接到一起。

图20显示了金属板1和2通过沿着凸缘1c的外侧延伸的焊缝彼此连接到一起的示例性实施方案。在凸缘1c的外侧，凸缘1c和金属板2形成搭接接合部，该搭接接合部的附图标记是8，以便使其与凸缘1c的内侧上的搭接接合部3相区别。凸缘1c和经由翻折边缘1b而与其相接的金属板区域1a形成槽，而凸缘1c因此根据图5、6、12和13的示例性实施方案而被表示为1c，尽管金属板2没有位于这样形成的槽中，而是与凸缘1c的外侧形成搭接接合部8，如已描述过的那样。

图21就搭接接合部和焊缝4而言与图20的示例性实施方案一致，而就凸缘1d区域内的金属板形状而言与图15和19的示例性实施方案一致，从而附图标记对应于这些示例性实施方案中所做的各自的描述。

利用在前导引的翻折工具和尾随的焊接工具，图5、6和12－19的翻折焊接连接可以在根据本发明的装置的同样的加工运行中形成。在图20和21的示例性实施方案中的连接的情况下，各凸缘1c或1d以单独的翻折方法进行折叠，然后固定金属板1和2，即相对于彼此在搭接接合部8夹住，并在随后的单独的加工运行中形成各自的焊缝4。

附图参考标记：

1     外金属板

1a    外金属板区域

1b    翻折边缘

1c    凸缘

1d    凸缘

1e    凸缘

2     内金属板

3     搭接接合部

4     焊缝

5     焊缝

6     对接接合部

7     焊缝

8     搭接接合部

9     -

10    工具头部

11    连接部

12    翻折工具

13    翻折件

13’  翻折件

14    气动单元

15    焊接工具

16    能量束

17    连接凸缘

18    传感器

R     旋转轴线

X     纵向方向、运动方向

Z     压力轴线

α    倾角

Claims (14)

1.一种用于接合金属板的方法，其中： 

a)外金属板(1)和内金属板(2)在接合位置相对于彼此固定； 

b)通过沿着翻折边缘(1b)的纵向方向运动的翻折件(13;13’)在接合位置或者之前另一个位置中绕着外金属板(1)上的翻折边缘(1b)折叠凸缘(1c;1d;1e)； 

c)内金属板(2)和凸缘(1c;1d;1e)在接合位置形成接合部(3;6;8)；以及 

d)通过产生出焊接焊缝(4;5;7)使得所述金属板(1;2)在接合部(3;6;8)上或接合部中相互连接， 

e)该焊接焊缝(4;5;7)由焊接工具(15)产生，所述焊接工具在凸缘(1c;1d;1e)正被折叠时沿着翻折边缘(1b)的纵向方向(X)跟随翻折件(13;13’)， 

f)其中，该翻折件(13;13’)和该焊接工具(15)一起沿着该翻折边缘(1b)的该纵向方向(X)运动，并且该翻折件(13;13’)被用作为焊接工具(15)的加压装置，该翻折件(13;13’)将该凸缘(1c;1d;1e)压靠在该内金属板(2)上以便产生该焊接焊缝(4;5;7) ;

g)其中，所述凸缘(1c;1d)被充分折叠使其足够与外金属板(1)的经由翻折边缘(1b)与之相接的区域(1a)一起形成槽，其中内金属板(2)伸入到所述槽中，与凸缘(1c;1d)重叠。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，凸缘(1c;1d;1e)通过滚动翻折而被折叠。 

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在金属板(1;2)处于接合位置时，凸缘(1c;1d)被折叠到并靠在内金属板(2)上。 

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，翻折过程和焊接过程在相同的夹紧装置中的接合位置中进行，而无需重新夹紧金属板(1;2)。 

5.一种用于翻折和焊接零部件(1;2)的装置，包括： 

a)工具头部(10)； 

b)翻折件(13;13’)，设置在工具头部(10)上，用于进行滚动翻折或滑动翻折；以及 

c)焊接工具(15)，设置在工具头部(10)上， 

d)其中设置翻折件(13;13’)和焊接工具(15)使得翻折件(13;13’)形成用于可利用焊接工具(15)进行的焊接过程的加压装置。 

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，翻折件(13;13’)和焊接工具(15)被设置在工具头部(10)上，从而可由翻折件(13;13’)施加到其中一个零部件(1;2)上的压力和焊接工具(15)的用于加热的能量束(16)以彼此相距较小的距离(d)地施加到所要生产的组件上。 

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，焊接工具(15)可绕工具头部(10)的笛卡尔坐标系(R,X,Z)中的枢转轴线(X)来回枢转。 

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述来回运动是克服回复弹簧力从中间位置来回运动。 

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，焊接工具(15)被设置在工具头部(10)上，从而使其可以沿相对于工具头部(10)固定的平移轴线来回运动，其中平移轴线至少包括与零部件(1;2)的折叠凸缘(1c)垂直的方向分量。 

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述来回运动是克服回复弹簧力从中间位置来回运动。 

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在工具头部(10)上设置有传感器(17)，通过该传感器在工具头部(10)沿着将要利用翻折件(10)成形的翻折边缘(1b)的纵向方向(X)运动期间，可扫描用于要被产生的焊接焊缝(4;5;7)的接合部的进行。 

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，以触觉方式来扫描所述接合部的进行。 

13.如权利要求5所述的装置，其特征在于，翻折件(13;13’)为包括运行表面的翻折辊，所述运行表面在翻折期间压在其中一个零部件(1;2)上，并且是圆柱形的或者其直径沿一个方向在轴向均匀减小。 

14.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在工具头部(10)上设置有用于翻折件(13;13’)的清洁装置，利用所述清洁装置可在翻折期间清洁翻折件(13;13’)。 

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