DE10116402C2

DE10116402C2 - Mitlaufende Andrückvorrichtung zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche

Info

Publication number: DE10116402C2
Application number: DE10116402A
Authority: DE
Inventors: Andreas Moeckel; Horst Jucht
Original assignee: Krupp Drauz Ingenieurbetrieb GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: DE10116402A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mitlaufende Andrückvorrichtung zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche mit flansch ähnlichen Querschnitten für das Verschweißen mittels Hochener gie-Schweißstrahl.

Bei bekannten mitlaufenden Andrückvorrichtungen zum Aufeinan derspannen von Blechen sind am Brenner eines Schweißgerätes zwei Stützen befestigt. Die eine Stütze endet oberhalb der zu spannenden Bleche und trägt auf einem waagerechten Bolzen eine frei drehbare Andrückrolle. Die Kontaktfläche der Andrückrolle am zu spannenden Blech liegt unmittelbar neben der Schweiß stelle. Die zweite Stütze ragt bis unterhalb der zu spannenden Bleche und trägt in gleicher Art eine Andrückrolle wie die erste Stütze. Deren Kontaktfläche am zu spannenden Blech liegt deckungsgleich zur Kontaktfläche der oberen Andrückrolle. Entweder die obere oder die untere Andrückrolle wird mit der gewünschten Spannkraft belastet.

Diese Lösung ist zum Verschweißen ebener Bleche geeignet. Beim Verschweißen von Blechen mit flanschähnlichen winkligen Quer schnitten muss der Schweißstrahl zwischen den senkrechten Schenkel des zu verschweißenden Bleches und die Stirnseite der Andrückrolle gebracht werden. Das führt zu einem großen Abstand der Kontaktflächen der Andrückrollen vom senkrechten Schenkel des zu verschweißenden Bleches und damit zu einem ungenügenden Spannergebnis. Dadurch werden insbesondere bei der Verwendung von hochenergetischen Schweißverfahren, wie Laser oder Elektronenstrahl, unbefriedigende Schweißnähte erzielt. Beim Verschweißen von beschichteten Blechen kann die verdampfende Beschichtung nicht entweichen. Somit sind dafür die bekannten Andrückvorrichtungen nicht geeignet. Schließlich ist durch die Andrückrolle die wirtschaftliche Herstellung einer Schutzgaszone an der Schweißstelle unmöglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, gattungsgemäße mitlaufende Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche dahingehend zu verbessern, dass ein Aufeinan derspannen von zwei oder mehreren Blechen mit flanschähnlichen Querschnitten sehr nahe der senkrechten Wände erfolgt und der Schweißstrahl auf die freie Fläche des flanschähnlichen Quer schnitts gerichtet ist. Dadurch sollen Voraussetzungen für das Entweichen der beim Schweißen verdampfenden Blechbeschichtun gen geschaffen werden können. Weiterhin soll eine wirtschaft liche Herstellung einer Schutzgaszone erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 9 sind vorteilhafte Ausgestaltungen.

Durch die Verwendung einer schräggestellten, an der Schweiß optik des Schweißgerätes frei drehbaren Hülse als Andrückele ment wird der Schweißstrahl durch den Innenraum der Hülse geführt und so geneigt, dass er nahe der inneren Mantelfläche der Hülse aus dieser austritt. Dadurch kann die Kontaktfläche der Hülse mit dem zu spannenden Blech sehr nahe an die senk rechte Wand des Blechprofils gelegt werden. Ebenfalls dadurch ist der Schweißstrahl und die durch ihn erzeugte Schweißnaht sehr nahe zur senkrechten Wand des Blechprofils verschoben. Die flanschähnlichen Blechprofilteile können dadurch in ihrer Breite erheblich reduziert sein. Durch die Einleitung des Schutzgases in die Hülse wird an der Schweißstelle eine homo gene Schutzgaszone erzielt. Die Anordnung der Kontaktfläche der Hülse nahe der senkrechten Wand des Blechprofils macht die äußeren Kanten der flanschähnlichen Blechprofilteile während des Schweißvorganges zugängig. Dadurch kann eine Messerrolle angeordnet werden, deren Schneide die Kanten keilförmig aus einanderdrückt und dadurch die Entgasung der Schweißnaht vom verdampften Beschichtungsmaterial ermöglicht.

Die mitlaufende Andrückvorrichtung ist für unterschiedliche Blechprofile vielseitig verwendbar. Die Bleche können auf einer festen Unterlage aufgelegt werden. Durch die Verwendung einer Rolle oder Hülse an einem Ausleger wird mit dieser gegengehalten und es können freistehende Blechprofile, wie zum Beispiel Kfz-Karosserien verschweißt werden.

Als Schweißverfahren sind insbesondere Hochenergieverfahren wie Laser oder Elektronenstrahl vorteilhaft anwendbar.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an drei Ausführungsbei spielen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Andrückvorrichtung mit fester Auflage,

Fig. 2 eine Andrückvorrichtung mit Ausleger und Rolle und

Fig. 3 eine Andrückvorrichtung mit Ausleger und Hülse sowie Messerrolle.

Am Gehäuse 1 einer Schweißoptik 2 eines nicht dargestellten Schweißgerätes ist eine Platte 3 befestigt, die ein Lager gehäuse 4 eines Wälzlagers 5 trägt (Fig. 1). In der Bohrung des Wälzlagers 5 ist eine konisch geformte Hülse 6 geklemmt. Das Lagergehäuse 4 des Wälzlagers 5 ist so schräg auf der Platte 3 angebracht, dass die Drehachse 7 des Wälzlagers 5 die Achse 8 des aus der Schweißoptik 2 austretenden Schweißstrahles 9 unter einem Winkel von 10-20 Grad schneidet. Die freie Stirn seite 10 der Hülse 6 liegt somit mit einem gleich großen Freiwinkel von 10-20 Grad auf die ebene Flanschfläche 11 des oberen zu verschweißenden winkligen Werkstücks 12 auf. Bündig mit der freien Kante der Flanschfläche 11 liegt darunter ein ebenes Blech 13 auf einer stationären Auflage 14. Diese ist unterhalb der Schweißstelle mit einem Durchbruch 15 versehen. Der Kegelwinkel des Konus der Hülse 6 ist so gewählt, dass die zum Werkstück 12 zeigende Mantelfläche des Konus der Hülse 6 senkrecht verläuft. Die freie Stirnseite 10 der Hülse 6 ist im Querschnitt gesehen ballig geformt, wodurch die Stirnseite 10 punktförmig auf dem Werkstück 12 aufliegt.

Da die Hülse 6 die Schweißoptik 2 umschließt, verläuft der Schweißstrahl 9 innerhalb der Hülse 6. Er ist so eingestellt, dass er an der freien Stirnseite 10 der Hülse 6 sehr nahe der inneren Mantelfläche der Hülse 6 aus dieser austritt und dort auf die Oberfläche des Werkstücks 12 auftrifft. Da zwischen Schweißstrahl 9 und dem senkrechten Schenkel des winkligen Werkstücks 12 nur die Hülse 6 mit ihrer geringen Wandstärke angeordnet ist, kann die Schweißnaht auf der Flanschfläche 11 sehr nahe zum senkrechten Schenkel des winkligen Werkstücks 12 ausgeführt werden. Da das Gehäuse 1 der Schweißoptik 2 durch den Arm eines nicht dargestellten Roboters bewegt wird, drückt dieser die freie Stirnseite 10 der Hülse 6 gegen die Flansch fläche 11 des Werkstücks 12 und wälzt die Stirnseite 10 bei der Vorschubbewegung auf dem Werkstück 12 ab. Dadurch werden immer an der Schweißstelle die zu verschweißenden Werkstücke 12; 13 mit dem gewünschten Druck zusammengedrückt. Damit sind die geometrischen Voraussetzungen für eine qualitativ hochwer tige Schweißnaht geschaffen, die eine minimale Flanschbreite benötigt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Andrückvorrichtung dargestellt, die für Blechprofile vorteilhaft ist, die nicht gegen eine feste Unterlage 15 gedrückt werden können. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Blechprofile, die frei im Raum gehalten und so verschweißt werden. Das könnten bei spielsweise Rohbaukarosserien für Kraftfahrzeuge sein.

Bei dieser Ausführungsform ist in gleicher Art wie in Fig. 1 am Gehäuse 1 der Schweißoptik 2 eine konisch geformte Hülse 6 gelagert, deren freie Stirnseite 10 auf die Flanschfläche 16 des oberen Werkstücks 17 aufliegt. Gegen die Flanschfläche 18 des unteren Werkstücks 19 ist gegenüber der Anlagestelle der Hülse 6 eine frei drehbar gelagerte Rolle 20 angelegt. Diese Rolle 20 ist drehbar auf einem Bolzen 21 gelagert, der am Ende eines Armes eines doppelarmigen Hebels 22 befestigt ist. Am Ende des anderen Armes des doppelarmigen Hebels 22 ist die Kolbenstange 23 eines nicht dargestellten pneumatischen Arbeitszylinders angelenkt. Etwa in der Mitte des doppelarmi gen Hebels 22 ist dieser um einen Bolzen 24 schwenkbar am Ende eines an der Platte 3 befestigten Auslegers 25 gelagert.

Um die Andrückeinrichtung mit den Flanschen 16; 18 der Werk stücke 17; 19 in Kontakt zu bringen, wird die Rolle 20 durch den pneumatischen Arbeitszylinder nach unten geschwenkt. Durch programmierte Roboterbewegungen wird danach die Schweißoptik 2 mit der sie umschließenden Hülse 6 in Arbeitsposition gebracht. Nach Erreichen der Arbeitsposition schwenkt der Arbeitszylinder die Rolle 20 gegen die Flanschfläche 18 des unteren Bleches 19 und drückt die Rolle 20 mit voreingestell tem Druck an. Mit Beginn der Vorschubbewegung der Schweißoptik 2 durch den Roboter erzeugt der nun wirksame Schweißstrahl 9 eine fortlaufende Schweißnaht.

Die Ausführungsform der Andrückvorrichtung in Fig. 3 ist von der der Fig. 2 abgeleitet. An Stelle der Rolle 20 ist eine konisch geformte Hülse 26 am freien Ende des einen Armes des doppelarmigen Hebels 22 in gleicher Weise gelagert wie die konische Hülse 6 an der Schweißoptik 2. In die Hülse 6 an der Schweißoptik 2 mündet die nicht dargestellte Zuleitung für Schutzgas. Insbesondere für das Schweißen von beschichteten Blechen ist es erforderlich, die beim Schweißen verdampften Schichten von der Naht abzuführen. Zu diesem Zweck ist im Schweißbereich in der Ebene zwischen den beiden Flanschen 16; 18 der zu verschweißenden Bleche 17; 19 eine Schneide 27 einer umlaufenden Messerrolle 28 vorgesehen. Die Messerrolle 28 ist auf einem Bolzen 29 eines gabelförmigen Hebels 30 gelagert. Der Hebel 30 ist federnd an einem Ausleger 31 angelenkt, der an der Platte 3 befestigt ist. Die Federwirkung vermeidet eine Überbestimmung der Schneide 27 der Messerrolle 28. Der kleine Winkel von 5 bis 15 Grad an der Schneide 27 dient der Schaffung eines keilförmigen Spaltes zwischen den Flanschen 16; 18 der zu verschweißenden Bleche 17; 19, um das drucklose Entweichen des dampfförmigen Beschichtungsmaterials zu ermöglichen. Dadurch gelangen nur geringe Mengen des Beschichtungsmaterials in die Schweißnaht.

Die einzelnen Elemente der beschriebenen Ausführungsformen können wechselweise miteinander kombiniert werden, um die Andrückvorrichtung an die unterschiedlichen Formen der zu verschweißenden Werkstücke und deren Material anzupassen. Es sind auch unterschiedliche Schweißverfahren wie Laser, Elektronenstrahl oder andere hochenergetische Verfahren anwendbar.

Aufstellung der Bezugszeichen

1

Gehäuse

2

Schweißoptik

3

Platte

4

Lagergehäuse

5

Wälzlager

6

Hülse

7

Drehachse

8

Achse

9

Schweißstrahl

10

freie Stirnseite

11

Flanschfläche

12

Werkstück

13

Blech

14

Auflage

15

Durchbruch

16

Flanschfläche

17

Oberes Werkstück

18

Flanschfläche

19

unteres Werkstück

20

Rolle

21

Bolzen

22

doppelarmiger Hebel

23

Kolbenstange

24

Bolzen

25

Ausleger

26

Hülse

27

Schneide

28

Messerrolle

29

Bolzen

30

Hebel

31

Ausleger

Claims

1. Mitlaufende Andrückvorrichtung zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen Quer schnitten für das Verschweißen mittels Hochenergie- Schweißstrahl, dadurch gekennzeichnet, dass, eine Schweißoptik (2) eines Schweißgerätes umschlie ßend, eine konisch ausgebildete Hülse (6) um eine Achse (7) frei drehbar gelagert ist, die um einen Winkel zur Achse (8) des Schweißstrahles (9) so geneigt ist, dass die Achse (8) des Schweißstrahles (9) nahe der inneren Mantelfläche der Hülse (6) aus dieser austritt, wobei die freie Stirnseite (10) des Konus der Hülse (6) an einer Stelle neben dem Schweißstrahl (9) auf den zu verschweißen den Flansch (11) des Werkstückes (12) aufliegt.

2. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Stirnseite (10) des Konus der Hülse (6) im Querschnitt ballig geformt ist.

3. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweißenden Werkstücke (12; 13) auf einer festen Unterlage (14) gelagert sind und die an der Schweiß optik (2) des Schweißgerätes frei drehbare Hülse (6) durch Federdruck gegen den zu verschweißenden Flansch (11) gedrückt wird.

4. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerung (3) der Hülse (6) an der Schweißoptik (2) des Schweißgerätes ein bis unterhalb der Hülse (6) ragender Ausleger (25) befestigt ist, an dessen freiem Ende ein Schwenkarm (22) so gelagert ist, dass eine an seinem freien Ende frei drehbare Rolle (20) oder eine schrägge stellte Hülse (26) sich unter der Andrückstelle der Hülse (6) befindet und der Schwenkarm (22) gegen die Wirkung einer Feder vom Werkstück (19) entfernt oder durch eine Feder an das Werkstück (19) gedrückt wird.

5. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am der Rolle (20) oder schräggestellten Hülse (26) gegenüberliegenden Ende des Schwenkarmes (22) ein hydrauli scher oder pneumatischer Arbeitszylinder angeordnet ist, der so betätigbar ist, dass er entweder den Schwenkarm (22) vom Werkstück (19) entfernt oder die Rolle (20) oder schräggestellte Hülse (26) an das Werkstück (19) drückt.

6. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerung (3) der Hülse (6) an der Schweißoptik (2) des Schweißgerätes ein zweiter Ausleger (31) befestigt ist, an dessen freiem Ende ein Hebel (30) federnd angelenkt ist, dessen freies Ende zur Schweißebene gerichtet und als Lagergabel ausgebildet ist, in der frei drehbar eine Messerrolle (28) gelagert ist, deren Schneide (27) zwischen die Flansche (16; 18) der zu verschweißenden Bleche (17; 19) drückbar ist.

7. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschlossene Schneidwinkel der Messerrolle (28) mindestens 5 bis 15 Grad beträgt.

8. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (6; 26) und die Rollen (20) aus einer harten Kupferlegierung bestehen.

9. Mitlaufende Andrückvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Hülse (6) eine Zuleitung für Schutzgas mündet.