DE10023351A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Laserschweißen in einer Einfaßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Einfaßvorrichtung (18) hat zumindest einen Schweißlaser (14) der an dem bewegbaren Deckel befestigt ist, für eine gesteuerte Schweißung der durch eine Randumbiegung verbundenen Platten (10, 28), um diese zumindest vorübergehend in ihrer gegenseitigen Lage zu halten und/oder die Geometrie zwischen den Platten aufrecht zu erhalten, bis sie dauerhaft fixiert sind, beispielsweise durch Aushärten von Klebstoff (30) oder durch zusätzliches Verschweißen. Das Laserschweißen in der Einfaßvorrichtung kann durchgeführt werden, indem eine Aussparung (22) in dem zur Formung des umgebogenen Randes verwendeten Stahl (20) oder eine Zunge an dem umgebogenen Rand, die sich über den randformenden Stahl hinaus erstreckt, oder eine Kombination von diesen vorgesehen werden, um einen Zugang des Laserstrahls (24) zu der Stelle, an der die Geometrie stabilisierende Heftschweißung erwünscht ist, zu ermöglichen. Mehrere Schweißungen können im Abstand voneinander entlang des Umfangs der Platten, wie für den speziellen Anwendungsfall erforderlich, angeordnet sein.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein­ faßvorrichtung für bei Fahrzeugen zu verwendende Ver­ schließvorrichtungen wie Kofferräume, Kofferraumdec­ kel, Hauben, Schiebetüren und andere Türen.

Typischerweise enthält eine Verschließvorrichtung wie eine Tür eine Innenplatte und eine Außenplatte. Die Innenplatte einer Tür ist typischerweise dicker als die Außenplatte. Die Innenplatte liefert die struktu­ relle Integrität und eine Stütze für Scharniere und dergleichen, während die Außenplatte im allgemeinen als für das Aussehen wesentliche Außenhaut betrachtet wird. Strukturell werden alle Teile mit der Innen­ platte verbunden, um gehalten zu werden. Wenn die Au­ ßenplatte bei der Montage mit der Innenplatte einer Tür verbunden wird, werden die beiden getrennten Platten zueinander ausgerichtet in einer Einfaßvor­ richtung positioniert. In der Einfaßvorrichtung wird die äußere Umfangskante der Außenplatte umgebogen und über die Außenkante der Innenplatte gelegt, um die beiden Platten miteinander zu verbinden.

In der Vergangenheit war es üblich, die Außenplatte an die Innenplatte zu schweißen; jedoch erzeugt das Schweißen bei dünnen Platten sichtbare Fehlstellen in der Außenplatte, was für die Automobilhersteller nicht annehmbar war. Als eine Folge ist es üblich ge­ worden, die Innen- und die Außenplatte durch Kleben miteinander zu verbinden. Die Klebverbindung zwischen den beiden Platten wurde typischerweise erreicht durch einen Einkomponenten-Klebstoff oder durch einen Zweikomponenten-Epoxydklebstoff. Der Einkomponenten- Epoxydklebstoff ist wärmehärtbar (wobei eine Erwär­ mung über 240° zum Härten erforderlich ist), während der Zweikomponenten-Epoxydklebstoff zeitempfindlich ist und angenähert 35 bis 40 min benötigt, um eine ausreichende Haftung zu erzielen, und einen Tag, um vollständig auszuhärten. Historisch gesehen bringt die Einfaßvorrichtung die bei den Platten in einer "Heiratsstation" oder einer "Einfaßstation" und er­ zeugt eine Naht um sie herum und rundet die Kanten ab, so daß keine scharfen Kanten bei der Verschließ­ vorrichtung bestehen und stellt die Geometrie her, welche die Innen- und die Außenplatte einander an­ paßt. Es gibt typischerweise keine Schweißungen, die innerhalb einer Einfaßvorrichtung stattfinden, so daß die Innen- und die Außenplatte die Tendenz haben, sich gegeneinander zu verschieben, wenn die Ver­ schließvorrichtung entlang der Herstellungslinie be­ fördert wird. Das größte Problem bei dem Einkomponen­ ten-Klebstoff liegt darin, daß er nicht aushärtet, bis der Rohkörper lackiert wird, wodurch die Tempera­ tur ausreichend angehoben wird, um den wärmeempfind­ lichen Einkomponenten-Klebstoft auszuhärten. Bis zu diesem Zeitpunkt kann sich die Geometrie der Innen­ platte mit Bezug auf die Außenplatte verschieben und der Härtungsvorgang kann die endgültige Geometrie der beiden Platten in einer nicht ordnungsgemäßen, gegen­ einander verschobenen Beziehung herstellen. Der Ein­ komponenten-Epoxydklebstoff wird gegenwärtig bevor­ zugt, da er ungefähr 5 Dollar pro Gallone kostet.

Der Zweikomponenten-Epoxydklebstoff kostet angenähert 12 Dollar pro Gallone und ist schwieriger zu handha­ ben, da zwei Komponenten des Klebstoffs gemischt und auf eine von zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Verschließvorrichtung aufgebracht werden müssen. Wei­ terhin härtet der Zweikomponenten-Epoxydklebstoff in angenähert 30 min aus. Während dies bedeutend schnel­ ler als bei dem Einkomponenten-Klebstoff ist, garan­ tiert dies nicht eine genaue Positionierung der bei­ den Platten zueinander. Wenn beispielsweise das Mon­ tagepersonal die zusammengefügten Platten aus der Einfaßvorrichtung herausnimmt und die Anordnung in einem Gestell unterbringt, können die beiden Platten sich gegeneinander verschieben, bevor der Zweikompo­ nenten-Epoxydklebstoff vollständig aushärtet. Da der Einkomponenten-Klebstoff aus Kostengründen bevorzugt wird, hat die Industrie versucht, zumindest Bereiche des Einkomponenten-Klebstoffs mittels Wärme schnell auszuhärten, indem lokalisierte Wärme zu begrenzten Bereichen der Plattenanordnung in einer Arbeitsstati­ on unmittelbar nach der Einfaßvorrichtung geführt wird. Es wurden typischerweise Erwärmungsspulen an vorbestimmten Stellen entlang des Umfangs der Plat­ tenanordnung vorgesehen, um begrenzte Bereiche des Einkomponenten-Klebstoffs vor der weiteren Behandlung der Plattenanordnung zu härten. Während dieser Vor­ gang eine Verbesserung darstellte, garantierte er noch immer nicht eine genaue Positionierung der In­ nenplatte mit Bezug auf die Außenplatte. Die zusam­ mengebrachten Platten waren noch immer einer Verset­ zung mit Bezug zueinander unterworfen, während sie von der Einfaßvorrichtung zu der Arbeitsstation mit lokalisierter Wärmezuführung befördert wurden.

Es ist bei der vorliegenden Erfindung wünschenswert, die relative Position und Geometrie der Innenplatte und der Außenplatte vorübergehend zu fixieren, wäh­ rend sie in der geometrischen Befestigungsvorrichtung der Einfaßvorrichtung sind, so daß die Ausrichtung der zusammengebrachten Platten mit Bezug aufeinander nicht während des Aushärtens des Einkomponenten- Klebstoffs verlorengeht. Bei der vorliegenden Erfin­ dung werden die Innenplatte und die Außenplatte mit Bezug zueinander an mehreren Stellen entlang der um­ gefalteten eingefaßten Umfangskante verschweißt, wäh­ rend die Platten in der ordnungsgemäßen Geometrie mit Bezug zueinander in der Einfaßvorrichtung gehalten werden. Das Laserschweißen gemäß der vorliegenden Er­ findung kann eine Nahtschweißung an der Umfangskante des zurückgebogenen Randes zwischen der Innenplatte und der Außenplatte und/oder eine Punktschweißung an dem zurückgebogenen Rand enthalten. Bei der vorlie­ genden Erfindung wird dies als eine Geometrieschwei­ ßung bezeichnet. Die vorliegende Erfindung ergibt mehrere Geometrieschweißungen, um die Geometrie ein­ zufrieren, während noch ein Klebstoff wie ein Einkom­ ponenten-Klebstoff verwendet wird, um die dauerhafte Verbindung zwischen den Platten nach dem Aushärten herzustellen. Die Haftschweiß und während der Herstel­ lung gemäß der vorliegenden Erfindung hält die Bezie­ hung zwischen der Innenplatte und der Außenplatte, bis der Klebstoff in dem Lackierofen ausgehärtet ist.

Alternativ kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Klebstoff eliminiert werden, und die Struktur der Tür kann permanent verschweißt werden in einer Station, die der Einfaßvorrichtung unmittelbar folgt, wo die Heftschweißungen für die Herstellung durchgeführt werden, um die Geometrie zu fixieren. In jedem Fall werden mehrere Heftschweißungen, beispielsweise 4, 6, 8 oder mehr in Abhängigkeit von der Konfiguration der beiden Platten vorgesehen, um die Geometrie zwischen der Innenplatte und der Außenplatte während der Mon­ tage herzustellen und aufrechtzuerhalten. Die mehre­ ren Heftschweißungen werden in der Einfaßvorrichtung durchgeführt, in der die Geometrie hergestellt wird, die Ränder werden umgebogen, und optische Vorrichtun­ gen werden an verschiedenen Stellen vorgesehen, um den Rand der Anordnung zu verschweißen, während sie noch in der ordnungsgemäßen Geometrie in der Einfaß­ station gehalten wird. Die Heftschweißungen für die Herstellung werden in Abständen entlang des Umfangs vorgesehen, um die Geometrie der Anordnung zu fixie­ ren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fi­ guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt, welcher einen Rand wiedergibt, der auf einer ersten Platte, die über eine zweite Platte gefal­ tet ist, und das Laserschweißen einer Geo­ metrieschweißung in dem Rand im Zusammen­ wirken mit einem in dem Stahl, welcher den Einfaßvorgang durchführt, gebildeten Aus­ schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in dem Stahl gebil­ deten Ausschnitt, der einen Zugang für den Laser zum Schweißen ermöglicht, und

Fig. 3 eine alternative Draufsicht auf den durch eine "Klaue" gebildeten Ausschnitt in dem Stahl, um einen ausreichenden Kontakt zwi­ schen dem Rand und der durch den Laser zu schweißenden Platte auf einer auf dem Rand gebildeten Zunge zu schaffen.

Bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, jede Welligkeit oder jeden Schaden zu verringern oder zu eliminieren, der an der Außenplat­ te 10 auftreten kann, wenn versucht wird, in der Nähe des Saumes oder Randes 12 zu schweißen. Um diese Pro­ bleme zu vermeiden, sieht die vorliegende Erfindung eine genaue Steuerung der Laserschweißvorrichtung 14 vor. Dies ermöglicht, daß die Geometrie-Heftschwei­ ßungen 16 in der Einfaßvorrichtung 18 selbst vorge­ nommen werden. Herkömmlicherweise kommt die Einfaß­ vorrichtung 18 herein und wird zuerst um etwa 45° ge­ kippt, und dann rollen Nocken in derselben Bewegung darüber, um den Rand 12 zu überrollen. Dann kommt die Presse herein und der Stahl 20 drückt den Randbereich 12 flach.

Um die Laserschweißen 16 in dem Randbereich 12 der montierten Platten vornehmen zu können, ist eine Aus­ sparung 22 in dem Stahl 20 der Einfaßvorrichtung 18 vorgesehen, um einen Zugang des Laserstrahls 24 zu dem zu schweißenden Rand 12 zu ermöglichen. Der sta­ tionäre Laserstrahl 24 befindet sich in einer vorbe­ stimmten Position und ist so fokussiert, daß er die Oberfläche in dem gewünschten Muster für das Schwei­ ßen berührt. Diese Anwendung des Laserlichts von ei­ ner stationären Position kann erreicht werden mit ei­ ner sehr kleinen Aussparungsfläche. Die Brennweite der optischen Laservorrichtung beträgt angenähert 200 mm. Mehrere optische Vorrichtungen können mit ei­ nem einzelnen Laser über mehrere Fasern verbunden sein, die sich an verschiedenen gewünschten Stellen um die Einfaßvorrichtung 18 für das zu schweißende Werkstück herum befinden, um die Geometrie in der Einfaßvorrichtung 18 einzufrieren. Die Durchführung der Schweißung 16 erfordert angenähert 0,3 s pro Schweißung. Der einzelne Laser wird zwischen den meh­ reren optischen Vorrichtungen hin- und hergefahren, im allgemeinen jeweils nur zu einer, um die Leistung herabzusetzen, so daß die Laserzeit zwischen den op­ tischen Faseranordnungen geteilt wird. Die Dauer der Laserzeit ist eine Funktion der verfügbaren Leistung und kann mit erhöhter Leistung beträchtlich verkürzt werden, wie auf 0,15 oder 0,1 s für einen Laserschuß.

Bei der Anwendung der Geometrie-Heftschweißung 16 ist die gewünschte Position auf dem zurückgebogenen Teil des Randes 12 und angenähert 3/16 Zoll im Durchmes­ ser. Die Schweißgeometrie kann zwischen 3/16 Zoll bis 1/8 Zoll für die Heftschweißung 16 sein. Die Ausspa­ rung 22 ist in dem Stahl 20, der den zurückgebogenen Rand 12 formt, vorgesehen, wie ein konischer Aus­ schnitt in dem Stahl 20, um den Kontakt des Laser­ strahls 24 mit der Oberfläche des zurückgebogenen Randes 12 zu ermöglichen, damit die Heftschweißung 16 gebildet wird. Alternativ kann eine Zunge 26 an dem Rand ausgebildet werden, die sich von dem Stahl 20 nach außen erstreckt, um die Aufnahme der Heftschwei­ ßung 16 zu ermöglichen, ohne daß der in der Einfas­ sungsvorrichtung 18 verwendete Stahl 20 modifiziert werden muß.

Um eine zufriedenstellende Schweißung 16 durchzufüh­ ren, müssen die beiden Metallstücke, die Innenplatte 28 und die Außenplatte 10 in Kontakt miteinander sein. Zusätzliche Merkmale, wie "Krähenfüße" 30 kön­ nen in dem Stahl 20 selbst vorgesehen sein, um nach unten in die Fläche zu drücken, in der die Schweißung 16 gewünscht wird. In der Einfaßvorrichtung 18 wird der Druck sorgfältig eingestellt, um die Rückfederung des Stahls angemessen zu berücksichtigen, während die gewünschte Geometrie der montierten Platten 10, 28, aufrechterhalten wird. Wenn eine übermäßige Kraft auf den Randbereich 12 der montierten Platten 10, 28 aus­ geübt wird, kann eine Verwerfung auf der Außenplatte 10 gesehen werden, und folglich wird es als eine kri­ tische geometrische Fläche von Herstellern von Auto­ teilen angesehen, und der ausgeübte Druck wird sorg­ fältig kontrolliert, was die Kontrolle der beiden Me­ tallberührungspunkte ermöglicht, die für eine erfolg­ reiche Schweißung erforderlich ist.

Wenn genügend Zeit in dem Verweilzyklus der Einfaß­ vorrichtung 18 ist, können zusätzliche Schweißungen 16 vorgesehen werden. Der Laser 14 ist mit dem Deckel der Einfaßvorrichtung 18 verbunden und bewegt sich zusammen mit dem Stahlträger 20, der den Rand 12 der montierten Platten 10, 28 formt, auf- und abwärts. Ein scharf fokussierter Laserstrahl 24 kann einen Durchmesser zwischen angenähert 0,3 und 0,6 mm haben. Für die vorliegende Erfindung ist eine Schweißung 16 mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll oder 3/16 Zoll vorgesehen, und der Laserstrahl 24 wird defokussiert, um eine größere Heftschweißung 16 zu ergeben. Ob­ gleich der Strahl 24 defokussiert ist, liefert er im­ mer noch ausreichend Energie, um die gewünschte Heft­ schweißung 16 zu erzielen. Eine Defokussierung des Laserstrahls 24 verringert die Leistungsdichte, und daher wird die Verweilzeit auf etwa 0,2 s verlängert.

Eine Einfaßvorrichtung 18 gemäß der vorliegenden Er­ findung hat zumindest einen Schweißlaser 14, der an dem bewegbaren Deckel befestigt ist für eine gesteu­ erte Schweißung der eingefaßten Platten 10, 28, um die sie zumindest vorübergehend in bezug zueinander zu halten und/oder die Geometrie zwischen den Platten aufrecht zu erhalten, bis sie dauerhaft fixiert sind, beispielsweise wenn der Klebstoff 30 aushärtet. Die Laserschweißung in der Einfaßvorrichtung 18 ergibt eine einzigartige Lösung für die Probleme, die mit den bekannten Montagevorgängen für bewegbare Tafeln von Verschließvorrichtungen verbunden sind.

Claims (14)

1. Einfaßvorrichtung mit einem bewegbaren Deckel zum Einfassen einer Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Platte, die in einer festen Geometrie in bezug aufeinander in einer Einfaß-Arbeitsstation gehalten werden, gekennzeichnet durch zumindest einen Schweißlaser für eine gesteuerte Schweißung der eingefaßten Platten in der Ein­ faß-Arbeitsstation, um die Platten in einer fe­ sten Geometrie in bezug aufeinander zumindest vorübergehend zu halten, bis sie dauerhaft befe­ stigt sind.

2. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schweißlaser an dem beweg­ baren Deckel befestigt ist.

3. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dauerhafte Befestigung der Platten in bezug zueinander eintritt, wenn ein zwischen den Platten angeordneter Klebstoff an der Randverbindung aushärtet.

4. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dauerhafte Befestigung der Platten in bezug zueinander eintritt, wenn eine zusätzliche Schweißung der Randverbindung durch­ geführt wird.

5. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch ein starres den Rand bildendes Teil, das zur Formung der Randverbindung verwendet wird, wobei eine Aussparung in diesem gebildet ist, um einen Zugang zu einer Stelle der Rand­ verbindung zu schaffen, damit diese Laser-ge­ schweißt werden kann.

6. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest eine der Platten ei­ ne Zunge in der Nähe der Randverbindung auf­ weist, die sich über ein starres, die Randver­ bindung formendes Teil hinaus erstreckt, um ei­ nen Zugang eines Laserstrahls zu einer Stelle, an welcher die Schweißung gewünscht ist, zu er­ möglichen.

7. Einfaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Schweißungen im Ab­ stand voneinander entlang des Randes der verbun­ denen Platten vorgesehen sind.

8. Verfahren zum Herstellen einer Randverbindung durch eine Einfaßvorrichtung mit einem bewegba­ ren Deckel, welche Randverbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Platte gebildet wird, die in einer festen Geometrie in bezug zueinan­ der in einer Einfaß-Arbeitsstation gehalten wer­ den, gekennzeichnet durch die Schritte:
Umbiegen zumindest eines Teils einer Umfangskan­ te einer Platte über eine Kante der anderen Platte, um eine überlappende Randverbindung zu bilden, und
Schweißen zumindest eines Punktes der überlap­ penden Randverbindung mit zumindest einem Schweißlaser für ein gesteuertes Verschweißen der verbundenen Platten in der Einfaß-Arbeits­ station, um die Platten in einer festen Geome­ trie in bezug zueinander zumindest vorübergehend bis zu einer dauerhaften Befestigung zu halten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des Bewegens des Schweißlasers mit dem bewegbaren Deckel.

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der dauerhaften Befestigung der Platten mit Bezug zueinander, wenn ein zwischen den Platten an der Randverbindung befindlicher Klebstoff aushärtet.

11. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der dauerhaften Befestigung der Platten mit Bezug zueinander, wenn eine zusätz­ liche Schweißung an der Randverbindung durchge­ führt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Bildung der Randverbindung mit einem starren Teil mit einer darin ausgebildeten Aussparung, um einen Zugang zu einer Stelle der Randverbindung für die Laserschweißung zu schaf­ fen.

13. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Bildung einer Zunge an zumindest einer der Platten in der Nähe der zu bildenden Randverbindung, die sich über ein starres, die Randverbindung bildendes Teil erstreckt, um ei­ nen Zugang für einen Laserstrahl zu einer Stel­ le, an welcher die Schweißung gewünscht ist, zu ermöglichen.

14. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Durchführung mehrerer Schweißun­ gen in gegenseitigen Abständen entlang des Um­ fangs der am Rand verbundenen Platten.