DE10029293A1

DE10029293A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Laserstrahlschweißen von Blechplatinen

Info

Publication number: DE10029293A1
Application number: DE10029293A
Authority: DE
Inventors: Harald Buchal
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: DE10029293B4

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Schweißvorrichtung zur Verschweißung mehrerer Blechplatinen zu einem Tailored Blank. Zur Herstellung von Tailored Blanks für den Modell- und Prototypenbau muß die Schweißvorrichtung die Verschweißung eines weiten Spektrums unterschiedlicher Blechplatinen ermöglichen und muß flexibel, leicht einstellbar und kostengünstig sein. Hierzu wird eine Schweißvorrichtung vorgeschlagen, deren Spannvorrichtungen zur Fixierung der Einzelplatinen modular aus einem Satz identischer, seriell aneinanderfügbarer Einzelelemente aufgebaut ist. In Abhängigkeit von der zu erzeugenden Blechplatine werden die Einzelelemente modular in einer solchen Weise zusammengefügt, daß die dabei entstehende Vorrichtung genau den Anforderungen der jeweiligen Blechplatine entspricht. Die beiden zu verschweißenden Blechplatinen werden mit Hilfe selektiv ansteuerbare Spannmodule und mit Hilfe von Randanschlägen und Andruckelementen positioniert und fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren, Spannen und Laserstrahlschweißen von mindestens zwei Blechplatinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8, wie er beispielsweise aus der DE 197 52 096 A1 als bekannt hervorgeht.

Als Rohteile zur Herstellung gewichtsreduzierter Blechteile, insbesondere im Fahrzeugbau, werden vielfach Blechplatinen ein gesetzt, die aus maßgeschneiderten Einzelplatinen, sogenannten Tailored Blanks, zusammengesetzt wird. Dabei sind die Einzel platinen hinsichtlich der Blechdicken, der Materialqualitäten und der Oberflächenbeschaffenheit auf die spätere Beanspruchung des Bauteils abgestimmt, was sich positiv insbesondere auf das Gewicht des fertigen Bauteils auswirkt. Zur Herstellung einer zusammengesetzten Platine werden mehrere Einzelplatinen durch Schweißnähte, vorzugsweise mit Hilfe des Laserstrahlschweißens, miteinander verbunden. Aus der Platine wird dann durch eine Um formoperation, z. B. durch Tiefziehen, das Bauteil ausgeformt.

Eine Einrichtung zur Herstellung solcher durch Laserschweißen zusammengesetzter Blechplatinen ist z. B. aus der DE 197 52 096 A1 bekannt. Diese Einrichtung weist Spannbalken auf, mit Hilfe derer die Blechplatinen beidseitig des Schweißspalts fixiert werden. Die Spannbalken sind schwenkbar gelagert, was eine gute Zugänglichkeit und somit eine einfache und schnelle Einstel lung, Austausch und Wartung der Spannmittel und des Schweißti sches ermöglicht. Das soll die im Serienbetrieb notwendige, regelmäßige Einstellung, Wartung und Reinigung der Einrichtung vereinfachen.

Während die obengenannte Vorrichtung insbesondere geeignet ist, die Erfordernis einer Serientauglichkeit zu erfüllen, tritt im Modell- und Prototypenbau tritt jedoch häufig der entgegenge setzte Fall auf, daß nämlich als Ausgangswerkstücke für Ver suchs- und Prototypenteile ein weites Spektrum unterschiedli cher Blechplatinen (Tailored Blanks) in kleiner Stückzahl sehr schnell bereitgestellt werden muß. Dazu bedarf es einer kosten günstigen Herstellvorrichtung, die eine gute Zugänglichkeit und eine flexible Prozeßgestaltung gestattet und die sehr schnell und ohne große Aufwand auf unterschiedlichste Bauteilgeometrien einstellbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der gattungsgemäßen Einrichtung eine flexible, leicht einstell bare und kostengünstige Schweißvorrichtung für den Modell- und Prototypenbau vorzuschlagen, mit Hilfe derer ein weites Spek trum unterschiedlichster Blechplatinen miteinander verschweißt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprü che 1 und 8 gelöst.

Danach sind sowohl die Auflagerahmen als auch die Spannvorrich tungen der Vorrichtung aus einem Satz identischer, seriell an einanderfügbarer Einzelelemente aufgebaut. In Abhängigkeit von der zu erzeugenden Blechplatine werden die Einzelelemente modu lar in einer solchen Weise zusammengefügt, daß die dabei ent stehende Vorrichtung genau den Anforderungen der jeweiligen Blechplatine entspricht.

Aufgrund ihres modularen Aufbaus ist die Vorrichtung auf ein weites Spektrum von Blechteilen unterschiedlicher Größe und Geometrie anwendbar. Je nach konkretem Anwendungsfall kann die Vorrichtung durch Entfernen bzw. Einsetzen weiterer Module verkleinert oder vergrößert werden. Dies gestattet eine schnelle Reaktion auf die im Modell- und Prototypenbau oft und wieder holt auftretende Notwendigkeit, in schnellem Wechsel Bauteile eines bestimmten Typs mit unterschiedlich positionierten Schweißnähten herzustellen, oder unterschiedliche Bauteile in schneller Folge zusammenzuschweißen.

Der modulare Aufbau der Vorrichtung beinhaltet somit eine sehr hohe Flexibilität und ermöglicht gleichzeitig erhebliche Ko steneinsparungen: Zur Herstellung kleiner Blechplatinen kann die Vorrichtung durch Entfernen einiger Module verkleinert wer den, wodurch freier Raum entsteht, der anderweitig genutzt wer den kann; die freiwerdenden Module können z. B. in einer anderen Schweißvorrichtung verwendet werden. Andererseits kann die Vor richtung durch Einbau zusätzlicher Module vorübergehend stark vergrößert werden, so daß auf der gleichen Apparatur auch große Platinen unterschiedlicher Geometrien hergestellt werden kön nen. Aufgrund der Modularität kann zusätzlich eine gute Zugäng lichkeit gewährleistet werden. Eine kleindimensionierte und kompakte Gestaltung der Spannvorrichtungen gestattet weiterhin einen guten Blickkontakt mit der jeweils geschweißten Stelle, so daß der Bediener den Schweißprozeß mitverfolgen kann.

Die Spannvorrichtungen umfassen einen Spannbalken mit modular aneinandergesetzten Spannmodulen, mit Hilfe derer die Platinen nahe des Schweißspalts gegenüber modular aneinandergesetzten Tischflächen festgespannt werden. Dieses Spannen erfolgt mit tels eines Druckerzeugers, der den gesamten Spannbalken gegen die Tischfläche drückt. Hierbei empfiehlt es sich, zusätzlich die Möglichkeit vorzusehen, die Spannmodule unabhängig vonein ander einzeln zu spannen (siehe Anspruch 2). Dies erleichtert den Vorgang der Positionierung und Justierung der Blechplati nen, da die Blechplatinen zunächst mittels weniger Spannmodule versuchsweise vorgespannt werden können und die sich dabei er gebende Relativlage überprüft werden kann, bevor die durch den gesamten Spannbalken bewirkte endgültige Einspannung erfolgt.

Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist eine pneumatische Betätigung der Spannbalken bzw. der Spannmodule (siehe Anspruch 3). Die hierzu benötigte Druckluft steht im Fabrikumfeld norma lerweise überall zur Verfügung, so daß die Druckversorgung der Vorrichtung keine Zusatzkosten bedeutet. Das Schalten der Spannbalken bzw. Spannmodule erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer binären Funktion, so daß keine Druckregelung benötigt wird.

Um zusammengesetzte Blechplatinen unterschiedlicher Dicken mit einander verschweißen zu können, empfiehlt es sich, jedes Spannmodul mit mehreren frei schwenkbaren Spannfüßen zu verse hen (siehe Anspruch 4), welche die Blechplatinen gegenüber der Tischfläche festklemmen. Die schwenkbare Lagerung der Spannfüße stellt sicher, daß auch in Bereichen, welche Schrägen oder Stu fen aufweisen, eine sichere Fixierung der Blechplatine gewähr leistet ist.

Die Größe und Geometrie der Auflageflächen der Spannfüße sind so gewählt, daß sie einerseits eine zuverlässige Fixierung ge statten, andererseits aber Einkerbungen oder sonstige Beschädi gungen der Blechplatinen durch die Spannfüße vermieden werden.

Eine besonders preiswerte Ausführungsform eines Auflagerahmens besteht aus mehreren parallelen Vierkantstäben, welche nähe rungsweise horizontal verlaufen und näherungsweise einen rech ten Winkel zum Schweißspalt einschließen (siehe Anspruch 5).

Zur Fixierung der Blechplatinen während der Verschweißung emp fiehlt es sich, auf einem der Auflagerahmen Randanschläge für die Fixierung der dort aufliegenden Platine gegenüber dem Schweißspalt sicherzustellen (siehe Anspruch 6). Die Randan schläge sind drehbar gelagert und passen sich daher der Rand kontur der jeweiligen Blechplatinen an. Auf dem anderen Aufla gerahmen werden zweckmäßigerweise Andruckelemente vorgesehen, welche die dort aufliegenden Platine an die gegenüberliegende Platine andrücken (siehe Anspruch 7). Dadurch wird auf preis günstige Weise eine leicht einstellbare, stabile Fixierung der beiden Platinen zueinander und gegenüber dem Schweißspalt ge bildet.

Zum Verschweißen zweier Blechplatinen wird zunächst eine der Blechplatinen auf einen Auflagerahmen aufgelegt, mit Hilfe von Nahtanschlägen positioniert und durch Betätigung einiger Spann module und Randanschläge fixiert. Dann werden die Nahtanschläge entfernt, und die zweite Blechplatine wird auf den zweiten Auf lagerahmen gelegt, gegenüber der ersten Blechplatine positio niert und durch Betätigung einiger Spannmodule fixiert. Mit Hilfe von Andruckelementen wird nun auf die zweite Blechplatine ein Druck aufgebaut, welcher diese im Nahtbereich gegen die er ste Blechplatine preßt, und ausgewählte, weitere Spannmodule werden betätigt, um die beiden Platinen in dieser gespannten Lage zueinander zu fixieren. Dann werden die beiden Blechplati nen miteinander verschweißt (siehe Anspruch 8). Durch das schrittweise Spannen ausgewählter Spannmodule wird zunächst si chergestellt, daß sich die Blechplatinen in der gewünschten La ge zueinander befinden und dann, nach Betätigung der Andrucke lemente, im gewünschten Druckzustand entlang der Naht fixiert werden.

Verläuft die Randkontur der zweiten Blechplatine nicht parallel zum Schweißspalt, so empfiehlt es sich, zwischen der zweiten Blechplatine und den Andruckelementen ein Negativblech einzule gen (siehe Anspruch 9), dessen der zweiten Platine gegenüber liegender Rand formschlüssig in den Rand der zweiten Platine eingreift, und deren den Andruckelementen gegenüberliegender Rand näherungsweise parallel zum Schweißspalt verläuft. Die An druckelemente üben somit Druckkräfte in Normalenrichtung zum Schweißspalt auf das Negativblech aus, welches diese Kräfte aufgrund des Formschlusses mit der zweiten Platine auf diese weitergibt. Somit wird sichergestellt, daß die Andruckelemente keine Tangentialkräfte auf die zweite Blechplatine ausüben, welche zu einer Verschiebung der zweiten gegenüber der ersten Blechplatine führen könnten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zei gen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schweißvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Spannvorrichtung;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Spannmoduls;

Fig. 4 eine Ansicht eines Spannmoduls, aus Richtung der Schweißnaht gesehen, mit einem Blech inhomogener Dicke;

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Schweißvorrichtung der Fig. 1, mit eingelegter Blechplatine und Negativblech;

Fig. 6 eine Aufsicht eines Tailored Blank für eine Kraft fahrzeug-Seitenwand.

Fig. 1 zeigt Schweißvorrichtung 1, mit Hilfe derer zwei Blech platinen 2, 2' entlang einer Schweißnaht 3 zu einer zusammenge setzten Platine, einem sogenannten "Tailored Blank" 4, zusam mengeschweißt werden sollen. Die Schweißvorrichtung 1 umfaßt auf beiden Seiten der Schweißnaht 3 je eine Spannvorrichtung 5 und je einen Auflagerahmen 6 zur Positionierung bzw. Fixierung der beiden Blechplatinen 2, 2' sowie einen (in Fig. 1 nicht dargestellten) Laserschweißkopf, der mittels einer Positio niereinheit 7 entlang der Schweißnaht 3 bewegt wird und dabei die Blechplatinen 2, 2' miteinander verschweißt. In Fig. 1 ist als Positioniereinheit 7 ein auf einem Rahmen 8 montierter In dustrieroboter 9 angedeutet; alternativ kann der Laserschweiß kopf auf einer Linear-Verschiebeeinheit montiert sein, welche die gesamte Länge der Schweißvorrichtung 1 überspannt. Der La serschweißkopf ist mit Mitteln zur Absaugung, zur Schutzgaszu führung und zur Drahtzuführung versehen.

Die Spannvorrichtung 5, 5' dient zur Fixierung der beiden Blech platinen 2, 2' während der Positionierung und Verschweißung; sie weist einen Grundbalken 10, 10' mit einer ebenen, oberen Auflage fläche 11, 11' auf, auf den die Blechplatine 2, 2' mittels eines Spannbalkens 12, 12' zur Fixierung festgespannt wird. Im Bereich der Schweißnaht 3 ist zwischen den Auflageflächen 11, 11' ein Spalt 13 vorgesehen, der sicherstellt, daß die beim Schweißen der Blechplatinen 2, 2' freiwerdenden Dämpfe bzw. Werkstoffreste entweichen können.

Der Grundbalken 10, 10' ist modular aus mehreren identischen, seriell aneinandergefügten Grundmodulen 14 zusammengesetzt (im vorliegenden Beispiel durch Verschrauben benachbarter Grundmo dule 14). Analog sind die den Grundbalken 10, 10' gegenüberlie genden Spannbalken 12, 12' modular aus identischen, seriell an einandergefügten Spannmodulen 15 aufgebaut (im vorliegenden Beispiel durch Verschrauben benachbarter Spannmodule 15). Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Spannvorrichtung mit modular aufgebauten Spannbalken 12, 12' mit je zwölf Spann modulen 15, wobei aus Gründen der besseren Sichtbarkeit auf dem Spannbalken 12' nur ein einziges Spannmodul 15 eingezeichnet ist. Durch Hinzufügen bzw. Entfernen gegenüberliegender Spann- und Grundmodule 14, 15 kann die Spannvorrichtung 5 beliebig ver kleinert bzw. vergrößert und somit der Größe der zu verschwei ßenden Blechplatinen 2, 2' angepaßt werden. Endseitig sind die Grundbalken 10, 10' und die Spannbalken 12, 12' an Seitengestelle 16 angeschraubt, zwischen denen zur weiteren Unterstützung der Spannvorrichtung 5 weitere Stützgestelle 17 vorgesehen sein können.

Um die Ebenheit der Blechplatinen 2, 2' vor, während und nach dem Schweißen zu gewährleisten und eine hohe Qualität der Schweißnaht 3 sicherzustellen, ist es zweckmäßig, die Blechpla tinen 2, 2' möglichst nah an der Schweißnaht 3 und an möglichst vielen Stellen entlang der Schweißnaht 3 fest einzuspannen. Je des Spannmodul 15 ist daher mit mehreren (im vorliegenden Fall drei) Spannfüßen 18 versehen, die die Blechplatine 2, 2' auf das gegenüberliegende Grundmodul 14 drücken. Wie aus Fig. 3 er sichtlich, die eine Schnittdarstellung durch ein Spannmodul 15 zeigt, ist jeder Spannfuß 18 an einen Hebel 19 montiert, der gemeinsam mit den Hebeln 19 der anderen Spannfüße 18 des Spann moduls 15 an einer Welle 20 gelagert ist. Die Welle 20 ist an einen Druckzylinder 21 gekoppelt, über den die drei Hebel 19 gemeinsam angesteuert werden. Zur Entkopplung eines jeden Spannfußes 18 von den anderen Spannfüßen 18 des Spannmoduls 15 ist zwischen der Welle 19 und dem Spannfuß 18 eine Ausgleichs druckfeder 22 vorgesehen. Diese Gestaltung des Spannmoduls 15 ermöglicht das Spannen von Blechplatinen 2 inhomogener Blech dicke (siehe Fig. 4): Bei Betätigung des Druckzylinders 21 werden alle drei Spannfüße 18 abgesenkt und drücken gemeinsam auf, die Platine 2, aber - in Abhängigkeit der lokalen Blechdic ke - mit unterschiedlichen Kräften.

Um eine Blechplatine 2 auch in einem Übergangsbereich 23 vari ierender Blechdicke prozeßsicher festspannen zu können, ist je der Spannfuß 18 - wie aus der Schnittansicht der Fig. 3 er sichtlich - frei schwenkbar auf dem zugehörigen Hebel 19 gela gert. Die Winkelstellung des Spannfußes 18 stellt sich dann beim Spannen des betreffenden Spannmoduls 15 von selbst auf die Schräge des Übergangsbereiches 23 auf der Blechplatine 2 ein.

Die Spannvorrichtung 5 hat eine zweifache Funktion: Sie dient einerseits zum (verhältnismäßig kraftarmen) Fixieren der Blech platinen 2, 2' während des Positionierens und Ausrichtens vor dem Schweißen, andererseits auch zum stabilen Fixieren der Blechplatinen 2, 2' während des Schweißvorgangs, bei dem hohe Druckkräfte auf die Blechplatinen 2, 2' wirken. Um diesen beiden Funktionen zufriedenstellend gerecht werden zu können, ist die Spannvorrichtung 5 so an einen (in den Figuren nicht darge stellten) Druckerzeuger gekoppelt, daß einerseits (während der Positionierung) ausgewählte Spannmodule 15 einzeln betätigt werden können, daß andererseits (während der Schweißung) aber auch der gesamte Spannbalken 12, 12' als Ganzes aktiviert werden kann. Zur Betätigung eines einzelnen Spannmoduls 15 ist jedes Spannmodul 15 mit einem Schaltknopf versehen, mittels dessen der Druckzylinder 21 dieses Spannmoduls 15 an den Druckerzeuger angeschlossen werden kann. Das Festspannen des gesamten Spann balkens 12, 12' erfolgt über einen Hauptschalter für diesen Spannbalken 12, 12', mittels dessen die Druckzylinder 21 aller Spannmodule 15 dieses Spannbalkens 12, 12' beaufschlagt werden können.

Im vorliegenden Beispiel erfolgt das Spannen des Spannbalkens 12, 12' bzw. einzelner Spannmodule 15 pneumatisch mit Hilfe von Druckluft. Mit Hilfe einer (im Fabrikumfeld typischerweise standardmäßig vorliegenden) Druckluftzufuhr von etwa 6 bar Druck kann mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei spiels des Spannmoduls 15 auf die Spannfüße 18 ein ausreichen der Druck ausgeübt werden, um die Blechplatinen 2, 2' so fest gegenüber den Grundbalken 10, 10' zu fixieren, daß während des Schweißens keine Verschiebungen, Welligkeiten etc. der Blech platinen 2, 2' auftreten. Zum Betätigen einzelner Spannmodule 15 bzw. der Spannbalken 12, 12' wird eine binäre Schaltfunktion verwendet, so daß die Druckzylinder 21 der Spannmodule 15 mit dem an dem jeweiligen Spannmodul 15 zur Verfügung stehenden Druck beaufschlagt werden; somit ist keine kostspielige Druck regelung notwendig.

An den Grundmodulen 14 der Spannvorrichtung 5 sind - wie aus Fig. 1 ersichtlich - näherungsweise horizontal verlaufende Stützbalken 24 befestigt, welche die Blechplatinen 2, 2' in den vom zu verschweißenden Rand 25, 25' entfernten Bereichen 26, 25' von unten stützen und einen Ersten und einen Zweiten Auflage rahmen 6, 6' für die beiden Blechplatinen 2, 2' bilden. Die Stützbalken 24 ragen näherungsweise senkrecht von den Grundbal ken 10, 10' ab. Jeder Stützbalken 24 ist modular aus mehreren Stützelementen 27 aufgebaut, welche im vorliegenden Beispiel durch modular aneinanderfügbare Vierkantprofile 28 gebildet sind; durch Hinzufügen bzw. Entfernen einzelner Stützelemente 27 kann der Auflagerahmen 6, 6' somit auch senkrecht zur Rich tung der Schweißnaht 3 schnell gezielt verkleinert bzw. vergrößert und somit der Größe und Geometrie der zu verschweißenden Blechplatinen 2, 2' angepaßt werden.

Der Erste Auflagerahmen 6 (auf den die Erste Blechplatine 2 aufgelegt wird) ist mit Randanschlägen 29 versehen, die der Fi xierung des dem Schweißrand 25 gegenüberliegenden Randes 30 der Ersten Blechplatine 2 dienen (siehe Fig. 1). Die Randanschläge 29 sind in Nuten 31 des Vierkantprofils 28 verschiebbar gela gert und können mit Hilfe von Feststellhebeln 32 in ihrer Posi tion auf dem Stützbalken 24 fixiert werden. Die Anschlagflächen der Randanschläge 29 sind drehbar gelagert und stellen sich so mit auf die Form des Außenrandes 30 der Ersten Blechplatine 2 ein.

Der dem Ersten Auflagerahmen 6 gegenüberliegende Zweite Aufla gerahmen 6' ist mit Andruckelementen 33 versehen, die in Nuten 31 der Vierkantprofile 28 verschiebbar gelagert sind und die verhindern, daß die Blechplatinen 2, 2' aufgrund der beim Ver schweißen an der Schweißstelle entstehenden Druckspannungen klaffen. Die Andruckelemente 33 werden per Hand an den dem Schweißrand 25' abgewandten Rand 30' der Zweiten Blechplatine 2' angefahren und dann manuell (z. B. über Schrauben) oder pneu matisch mit Druck beaufschlagt. Um zu erreichen, daß die Druck kraft der Andruckelemente 33 in vollem Maße als Normalkraft an der Schweißnaht 3 zur Wirkung kommt, ist es notwendig, daß der Rand 30' der Zweiten Blechplatine 2' am Andruckelement 33 par allel zur Schweißnaht 3 verläuft. Hat die zweite Blechplatine 2' eine davon abweichende Form, d. h. verläuft der Rand 30' nicht parallel zum Schweißrand 25', so wird - wie in Fig. 5 in Aufsicht-Darstellung gezeigt - ein der Zweiten Blechplatine 2' angepaßtes Negativblech 34 verwendet, das zwischen Zweiter Blechplatine 2' und Andruckelementen 33 eingelegt wird, um die se Abweichungen auszugleichen. Die der Zweiten Blechplatine 2' gegenüberliegende Randkontur 35 des Negativblechs 34 ist kom plenentär zur Außenkontur 30' der Zweiten Blechplatine 2', wäh rend die den Andruckelementen 33 gegenüberliegende Randkontur 36 des Negativblechs 34 parallel zur Schweißnaht 3 verläuft.

Im folgenden wird nun schrittweise der Ablauf beim Verschweißen einer Ersten Blechplatine 2 mit einer Zweiten Blechplatine 2' entlang der Schweißränder 25, 25' beschrieben: Zunächst wird die Erste Blechplatine 2, deren Schweißrand 25 in einem vorherge henden Prozeßschritt auf das gewünschte Maß beschnitten wurde, auf den Ersten Auflagerahmen 6 aufgelegt und so positioniert, daß der zu verschweißende Schweißrand 25 dieser Blechplatine 2 in der Laserbahn mittig auf dem Spalt 13 zu liegen kommt. Zur Positionierung werden in den zur Spannung der Zweiten Blechpla tine 2' vorgesehenen Spannbalken 12' Nahtanschläge eingelegt, gegen die der Schweißrand 25 der Ersten Blechplatine 2 ange schlagen wird, um einen vorgegebenen Abstand des Schweißrandes 25 der Ersten Blechplatine 2 gegenüber der Laserbahn sicherzu stellen. Zur (vorläufigen) Fixierung der Ersten Blechplatine 2 werden nun einige Spannmodule 15 des Ersten Spannbalkens 12 festgeklemmt. Dann wird der Außenrand 30 der Ersten Blechplati ne 2 fixiert, indem die Randanschläge 29 an den Außenrand 30 herangefahren werden und dort festgespannt werden. Somit ist die Erste Blechplatine 2 korrekt positioniert und (vorläufig) fixiert. Nun werden die Nahtanschläge zwischen dem Zweiten Spannbalken 12' und dem Schweißrand 25 der Ersten Blechplatine 2 entfernt. Dann wird die Zweite Blechplatine 2', deren Schweißrand 25' ebenfalls auf das gewünsche Maß beschnitten wurde, in die Schweißvorrichtung 1 eingelegt und so positio niert, daß der Schweißrand 25' dieser Blechplatine 2' in der richtigen Lage auf Stumpfstoß mit dem Schweißrand 25 der Ersten Blechplatine 2 zu liegen kommt. Anschließend wird die Zweite Blechplatine 2' in dieser Lage (vorläufig) fixiert, indem eini ge Spannmodule 15 des zweiten Spannbalkens 12' festgeklemmt werden. Als nächstes werden die Andruckelemente 33 der Zweiten Auflagefläche 6' an den Außenrand 30' der Zweiten Blechplatine 2' herangeschoben und aktiviert, so daß die Zweite Blechplatine 2' nun gegen die Erste Blechplatine 2 gedrückt wird; da die Er ste Blechplatine 2 randseitig durch die Randanschläge 29 fi xiert ist, werden hierbei also die Schweißränder 25, 25' der beiden Blechplatinen 2, 2' im Stumpfstoß gegeneinandergedrückt.

Nun werden die gesamten Spannbalken 12, 12' aktiviert, um die Blechplatinen 2, 2' in dieser Position festzuspannen, und die beiden Blechplatinen 2, 2' werden entlang der Schweißränder 25, 25' im Stumpfstoß miteinander verschweißt.

Neben dem bisher beschriebenen Zusammenfügen zweier Blechplati nen 2,2' zu einem Tailored Blank 4 ist es mit Hilfe der erfin dungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 auch möglich, Tailored Blanks 4' herzustellen, die aus mehr als zwei Einzelblechen bestehen. Fig. 6 zeigt ein aus drei Blechplatinen 2, 2', 2" zusammenzuset zendes Tailored Blank 4', aus dem durch Beschneiden der Ränder ein Rohteil 37 zur Herstellung einer (in Fig. 6 gestrichelt dargestellten) Kraftfahrzeug-Seitenwand 38 erzeugt wird. Die Werkstoffe und/oder die Blechdicken der einzelnen Blechplatinen 2, 2', 2" werden individuell den lokalen Anforderungen in den je weiligen Bereichen angepaßt und stimmen daher im Regelfall nicht überein. Zur Erstellung des Tailored Blank 4' werden zu nächst die beiden Einzelbleche 2, 2 - wie oben beschrieben - entlang der Ränder 25, 25' miteinander verschweißt; dann werden die zusammenhängenden Einzelbleche 2, 2' so gedreht und verscho ben, daß die Ränder 39, 39' mittig auf dem Spalt 13 des Grund balkens 10 zu liegen kommen, werden in dieser Position festge klemmt und werden entlang der Ränder 39, 39' miteinander ver schweißt. Das dabei entstehende Halbzeug 40 wird anschließend gemeinsam mit der dritten Einzelplatine 2" so in die Schweiß vorrichtung 1 eingelegt, daß die Ränder 41, 41' mittig auf dem Spalt 13 des Grundbalkens 10 zu liegen kommen; beide Bleche 40, 2" werden in dieser Position festgeklemmt und werden entlang der Ränder 41, 41' miteinander zum fertigen Tailored Blank 4 verbunden. Die zwischen den einzelnen Schweißschritten notwen digen Umbauarbeiten können aufgrund des modularen Aufbaus der Schweißvorrichtung 1 schnell und unaufwendig durchgeführt wer den.

Die Vorrichtung gestattet ein Verschweißen von Blechen aus un terschiedlichen Werkstoffen, z. B. Alubleche, Stahlbleche, ver zinkte Bleche etc. Neben dem Verschweißen von Blechen unterschiedliche Dicke können auch profilgewalzte Bleche verschweißt werden, d. h. Bleche, deren Dicke über das Blech hinweg vari iert; dies sind z. B. Bleche, deren Dicke in einer Richtung hin linear ansteigt oder Bleche, die in einigen Randbereichen eine geringere Dicke aufweisen als in der Mitte. Aufgrund ihrer Mo dularität ist die Vorrichtung auf ein weites Spektrum von Tai lored Blanks, auch für sehr große Teile, anwendbar. Die Vor richtung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Pro totypen oder Kleinserien, da aufgrund der unaufwendigen Ein stellbarkeit schnell auf Änderungen in der Lage der Schweißnaht reagiert werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Positionieren, Spannen und Laserstrahl schweißen von mindestens zwei Blechplatinen gleicher oder unterschiedlicher Stärke, gleicher oder unterschiedlicher Größe und gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe zu ei ner zusammengesetzten Blechplatine,

- mit einem Laserschweißsystem, dessen Schweißkopf entlang der Schweißränder der Blechplatinen verfahrbar ist,
- mit beidseitig der Schweißränder angeordneten Auflagerah men, welche die Blechplatinen während des Schweißvorgangs stützen,
- und mit beidseitig der Schweißränder angeordneten Spann vorrichtungen,
- welche einen Grundbalken aufweisen, gegen die die Blech platinen gespannt werden,
- und welche weiterhin einen Spannbalken aufweisen, der durch einen Druckerzeuger gegenüber dem Grundbalken spannbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerahmen (6, 6') und die Spannvorrichtungen (5, 5') einen modularen Satz identischer, seriell aneinander fügbarer Grund- und Spannmodule (14, 15) umfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spannmodul (15) unabhängig von den anderen Spann modulen (15) betätigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmodule (15) pneumatisch betätigbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmodule (15) frei dreh- und schwenkbare Spannfü ße (18) aufweisen, mit Hilfe derer die Blechplatinen (2, 2') gegen den Grundbalken (10) spannbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerahmen (6, 6') durch Vierkantprofile (28) auf weisen, welche näherungsweise horizontal und näherungsweise in einem rechten Winkel zum Grundbalken (10) verlaufen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auflagerahmen (6) drehbar gelagerte Randanschläge (29) aufweist, mittels derer die Lage des Außenrands (30) der Ersten Blechplatine (2) fixierbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auflagerahmen (6') Andruckelemente (33) aufweist, mittels derer die Zweite Blechplatine (2') gegen die gegen überliegende Erste Blechplatine (2) andrückbar ist.

8. Verfahren zum Positionieren, Spannen und Laserstrahlschwei ßen von mindestens zwei Blechplatinen gleicher oder unter schiedlicher Stärke, gleicher oder unterschiedlicher Größe und gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe zu einer Blechplatine,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- eine Erste Blechplatine (2) wird auf den Ersten Auflage rahmen gelegt und mit Hilfe von Nahtanschlägen, welche in den gegenüberliegenden Spannbalken (12') eingelegt werden, positioniert,
- die Erste Blechplatine (2) wird durch Betätigung ausge wählter Spannmodule (15) fixiert,
- der Rand (30) der Ersten Blechplatine (2) wird durch Rand anschläge (29) fixiert,
- die Nahtanschläge werden entfernt,
- die Zweite Blechplatine (2') wird auf den anderen Auflage rahmen (6') gelegt, gegenüber der Ersten Blechplatine (2) positioniert und durch Betätigung einiger Spannmodule (15) fixiert,
- mit Hilfe von Andruckelementen (33) wird auf die Zweite Blechplatine (2') ein Druck ausgeübt, der diese gegen die Erste Blechplatine (2) drückt,
- ausgewählte, weitere Spannmodule (15) an der Ersten und an der Zweiten Blechplatine (2, 2') werden betätigt,
- die beiden Blechplatinen (2, 2') werden miteinander ver schweißt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zweite Blechplatine (2') und die Andruckelemen te (33) ein Negativblech (34) eingelegt wird, welches be wirkt, daß die Andruckkraft der Andruckelemente (33) nähe rungsweise senkrecht zu den Schweißrändern (25, 25') wirkt.