DE102004013373A1 - Laserschweißverfahren und Vorrichtung zur Verbindung von zumindest drei Blechen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren und eine Vorrichtung (9) zur Verbindung von zumindest drei Blechen (4, 5, 6), bei dem mittels des Laserstrahls außen liegende Bleche (4, 6) und zumindest ein von den außen liegenden Blechen (4, 6) eingeschlossenes, innen liegendes Blech (5) verschweißt werden. Die Parameter der Laserstrahlung sind dabei derart bemessen, dass eine Durchschweißung zwischen den äußeren Blechen (4, 6) ausgeschlossen wird. Die Vorrichtung (9) hat hierzu jeweils einen beiderseits der zu verschweißenden Bleche (4, 5, 6) positionierbaren Laserkopf (3), der mittels eines Lichtleiters (10) mit einem optischen Element (13) verbunden ist, welches den von der Laserquelle (11) erzeugten Ausgangsstrahl (12) aufspaltet. Hierdurch können die Bleche (4, 5, 6) in einem einzigen Arbeitsgang und, ohne eine die Bleche (4, 5, 6) fixierende Spannverbindung zwischenzeitlich lösen zu müssen, bei zugleich geringem Steuerungsaufwand und Energieeinsatz Bleche miteinander verschweißt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren zur Verbindung von zumindest drei Blechen oder Blechbauteilen, bei dem mittels des Laserstrahls außen liegende Bleche und zumindest ein von den außen liegenden Blechen eingeschlossenes, innen liegendes Blech verschweißt werden, wobei die Schweißverbindung der außen liegenden Bleche mit dem eingeschlossenen Blech durch den jeweils auf das außen liegende Blech gerichteten Laserstrahl erzeugt wird, wobei die Parameter der Laserstrahlen derart bemessen werden, dass eine Durchschweißung zwischen den äußeren Blechen ausgeschlossen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Laserquelle und einem beiderseits der zu verschweißenden Bleche positionierbaren Laserkopf zur Durchführung des Verfahrens.
- Ein Verfahren der genannten Art ist beispielsweise durch die
JP 4081288 - Weiterhin ist durch die
JP 07132389 A - Ferner sind Laserschweißverfahren zum Verschweißen von Blechen beispielsweise auch durch die
DE 199 43 752 C1 sowie dieDE 38 12 448 C1 bekannt. - Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laserschweißverfahren der eingangs genannten Art insbesondere für die Anwendung bei der Karosseriefertigung wesentlich zu verbessern. Weiterhin soll eine hierfür geeignete Vorrichtung mit einer Laserquelle und einem beiderseits der zu verschweißenden Bleche positionierbaren Laserkopf geschaffen werden.
- Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Laserschweißverfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 6 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen des Laserschweißverfahrens.
- Erfindungsgemäß ist also ein Laserschweißverfahren vorgesehen, bei dem die Laserstrahlen zeitgleich auf die äußeren Bleche einwirken. Im Zusammenwirken mit einer insbesondere in der Karosseriefertigung eingesetzten Spanntechnik, beispielsweise Flansch- oder Rollenspanntechnik, wird es erfindungsgemäß möglich, die gegeneinander verspannten Bleche in einem einzigen Arbeitsgang und ohne die Spannverbindung zwischenzeitlich lösen zu müssen, miteinander zu verschweißen und dabei Durchschweißungen, wie sie bei der Karosseriefertigung derzeit üblich sind, zu vermeiden. Auf diese Weise kann die Prozesssicherheit bei der Fertigung wesentlich erhöht werden und zugleich spätere Korrosionsschäden vermieden werden. Zugleich ist der Energiebedarf aufgrund der reduzierten Schweißtiefe reduziert, wodurch einerseits eine verbesserte Wirtschaftlichkeit, andererseits eine höhere Vorschubgeschwindigkeit bei dem Schweißprozess erreicht werden kann.
- Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn der jeweils auf das außen liegende Blech einwirkende Laserstrahl durch eine von zwei beiderseits der Bleche angeordneten Laserquellen erzeugt wird. Hierdurch können die Laserstrahlparameter der jeweiligen Laserquelle entsprechend den Materialeigenschaften der außen liegenden Bleche beispielsweise auch voneinander abweichend eingestellt werden, um so die Schweißverbindung weiter zu verbessern.
- Besonders Erfolg versprechend ist demgegenüber auch eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der auf das jeweilige außen liegende Blech einwirkende Laserstrahl durch eine gemeinsame Laserquelle erzeugt wird, wobei der von der Laserquelle erzeugte Ausgangsstrahl mittels eines optischen Elementes aufgespaltet wird. Hierdurch wird in einfacher Weise eine zeitgleiche Einwirkung der Laserstrahlen auf die gegenüberliegenden außen liegenden Bleche ermöglicht, so dass insbesondere der Steuerungsaufwand für das Herstellungsverfahren wesentlich vermindert wird. Die Laserparameter stimmen dabei zuverlässig überein.
- Der Fokus der auf die außen liegenden Bleche jeder Seite könnte dabei in einer gemeinsamen Flucht liegen. Nach einer anderen besonders vorteilhaften Abwandlung, bei der die jeweiligen Laserstrahleinwirkungsbereiche der außen liegenden Bleche gegeneinander einen Versatz aufweisen, wird eine unerwünschte Schwächung des eingeschlossenen mittleren Blechs aufgrund der gewünschten Schweißtiefe vermieden. Zudem kann dabei die Schweißtiefe je nach Einsatzbedingungen auch mehr als 50% der Materialstärke des mittleren Bleches betragen.
- Hingegen ist es in der Praxis besonders Erfolg versprechend, wenn die Parameter der Laserstrahlen derart bemessen werden, dass die Schweißtiefe des eingeschlossenen Bleches 50% der Materialstärke nicht überschreitet und dabei insbesondere die Schweißtiefe zwischen 25% und 45% der Materialstärke des eingeschlossenen Bleches bemessen wird, um dadurch ein optimales Verhältnis zwischen dem Energie- und Zeitaufwand zum Einbringen der Schweißverbindung und deren Haltbarkeit zu erzielen.
- Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit einer Laserquelle und einem beiderseits der zu verschweißenden Bleche positionierbaren Laserkopf, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der aus dem jeweiligen Laserkopf austretende Laserstrahl mittels einer Steuereinheit einstellbar ist. Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, die aus den beiden Laserköpfen austretenden Laserstrahlen zu synchronisieren und gegebenenfalls deren Parameter dem jeweiligen Fertigungsprozess anzupassen.
- Besonders einfach ist hingegen auch eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Vorrichtung ein den von der Laserquelle erzeugten Ausgangstrahl aufspaltendes optisches Element hat. Hierdurch ist zur Erzeugung der beiden synchronisierten Laserstrahlen lediglich eine einzige Laserquelle erforderlich, so dass der Energieaufwand sowie der Steuerungsaufwand wesentlich reduziert werden kann.
- Beispielswiese eignet sich hierzu besonders eine Ausgestaltung, bei der das optische Element ein Prisma aufweist und dadurch eine einfache Strahlaufspaltung gestattet.
- Eine weitere besonders Erfolg versprechende Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dann erreicht, wenn das optische Element mittels eines Lichtleiters mit dem Laserkopf ver bunden ist, um so eine von der Laserquelle entfernte Anordnung des Laserkopfes sowie eine relative Positionsänderung des Laserkopfes gegenüber der Laserquelle mit geringem Aufwand zu ermöglichen. Hierzu ist der Lichtleiter insbesondere flexibel.
- Der Laserstrahl könnte aus dem Endabschnitt des Lichtleiters unverändert austreten. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der jeweilige Laserkopf eine Fokussieroptik aufweist, um so relative Positionsungenauigkeiten zwischen dem Laserkopf und dem zugeordneten außen liegenden Blech oder beim Einsatz abweichender Materialstärken ohne konstruktiven Aufwand ausgleichen zu können.
- Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer seitlichen Prinzipskizze in
-
1 eine Vorrichtung mit jeweils einem beiderseits der zu verschweißenden Bleche positionierten Laserkopf; -
2 eine weitere Vorrichtung mit zwei Laserköpfen und einer gemeinsamen Laserquelle; -
3 eine mittels der in1 oder2 dargestellten Vorrichtung eingebrachte Schweißverbindung. -
1 zeigt eine Vorrichtung1 mit jeweils einer Laserquelle2 und einem zugeordneten Laserkopf3 , die beiderseits der zu verschweißenden Bleche4 ,5 ,6 positioniert sind. Die Schweißverbindung der außen liegenden Bleche4 ,6 mit dem eingeschlossenen Blech5 wird dabei durch einen zeitgleich auf jeweils auf die außen liegenden Bleche4 ,6 gerichteten Laserstrahl7 erzeugt wird, wobei die Parameter der Laserstrahlen7 derart bemessen werden, dass eine Durchschweißung zwischen den äußeren Blechen4 ,6 ausgeschlossen ist. Zur Synchronisation der Laserstrahlen7 ist der aus dem jeweiligen Laserkopf3 austretende Laserstrahl7 mittels einer Steuereinheit8 einstellbar ist. -
2 zeigt eine gegenüber1 abgewandelte Vorrichtung9 , bei der die Laserköpfe3 ebenfalls beiderseits der zu verschweißenden Bleche4 ,5 ,6 positioniert sind, jedoch zu diesem Zweck mittels eines Lichtleiters10 mit einer einzigen gemeinsamen Laserquelle11 verbunden sind. - Hierzu hat die Vorrichtung
9 ein den von der Laserquelle11 erzeugten Ausgangstrahl12 aufspaltendes, mit einem Prisma ausgestattetes optisches Element13 . - Ergänzend zeigt die
3 eine mittels der in1 oder2 dargestellten Vorrichtung1 ,9 eingebrachte Schweißverbindung14 . Zu erkennen ist, dass durch die Schweißverbindung14 lediglich die außen liegenden Bleche4 ,6 mit dem innen liegenden Blech5 verschweißt sind, wobei jedoch eine Durchschweißung zwischen den äußeren Blechen4 ,6 ausgeschlossen ist. Die jeweilige auf die außen liegenden Bleche4 ,6 gerichtete Laserstrahlung weist dabei relativ zueinander einen Versatz15 auf, so dass es zu keiner unerwünschten Schwächung der verbliebenen Materialsstärke16 des mittleren Blechs5 kommen kann. Insbesondere beträgt die Schweißtiefe17 zwischen 25% und 45% der Materialstärke16 des eingeschlossenen Bleches5 . Hierdurch wird der Energiebedarf aufgrund der reduzierten Schweißtiefe17 verringert und zugleich eine höhere Vorschubgeschwindigkeit bei dem Schweißprozess erreicht. -
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Laserquelle
- 3
- Laserkopf
- 4
- Blech
- 5
- Blech
- 6
- Blech
- 7
- Laserstrahl
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Vorrichtung
- 10
- Lichtleiter
- 11
- Laserquelle
- 12
- Ausgangstrahl
- 13
- optisches Element
- 14
- Schweißverbindung
- 15
- Versatz
- 16
- Materialsstärke
- 17
- Schweißtiefe
Claims (11)
- Laserschweißverfahren zur Verbindung von zumindest drei Blechen oder Blechbauteilen, bei dem mittels des Laserstrahls außen liegende Bleche und zumindest ein von den außen liegenden Blechen eingeschlossenes, innen liegendes Blech verschweißt werden, wobei die Schweißverbindung der außen liegenden Bleche mit dem eingeschlossenen Blech durch den jeweils auf das außen liegende Blech gerichteten Laserstrahl erzeugt wird, wobei die Parameter der Laserstrahlen derart bemessen werden, dass eine Durchschweißung zwischen den äußeren Blechen ausgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen zeitgleich auf die äußeren Bleche einwirken.
- Laserschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils auf das außen liegende Blech einwirkende Laserstrahl durch eine von zwei beiderseits der Bleche angeordneten Laserquellen erzeugt wird.
- Laserschweißverfahren nach den Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das jeweilige außen liegende Blech einwirkende Laserstrahl durch eine gemeinsame Laserquelle erzeugt wird, wobei der von der Laserquelle erzeugte Ausgangsstrahl mittels eines optischen Elementes aufgespaltet wird.
- Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Laserstrahleinwirkungsbereiche der außen liegenden Bleche gegeneinander einen Versatz aufweisen.
- Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Laserstrahlen derart bemessen werden, dass die Schweißtiefe des eingeschlossenen Bleches 50% der Materialstärke nicht überschreitet.
- Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißtiefe zwischen 25% und 45% der Materialstärke des eingeschlossenen Bleches bemessen wird.
- Vorrichtung (
1 ,9 ) zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Laserquelle (2 ,11 ) und einem beiderseits der zu verschweißenden Bleche (4 ,5 ,6 ) positionierbaren Laserkopf (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem jeweiligen Laserkopf (3 ) austretende Laserstrahl (7 ) mittels einer Steuereinheit (8 ) einstellbar ist. - Vorrichtung (
9 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9 ) ein den von der Laserquelle (11 ) erzeugten Ausgangstrahl (12 ) aufspaltendes optisches Element (13 ) hat. - Vorrichtung (
9 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (13 ) ein Prisma aufweist. - Vorrichtung (
9 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (13 ) mittels eines Lichtleiters (10 ) mit dem Laserkopf (3 ) verbunden ist. - Vorrichtung (
1 ,9 ) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Laserkopf (3 ) eine Fokussieroptik aufweist.
Priority Applications (1)
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DE102004013373A DE102004013373A1 (de) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Laserschweißverfahren und Vorrichtung zur Verbindung von zumindest drei Blechen |
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DE102004013373A1 true DE102004013373A1 (de) | 2005-10-06 |
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ID=34980621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102004013373A Ceased DE102004013373A1 (de) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Laserschweißverfahren und Vorrichtung zur Verbindung von zumindest drei Blechen |
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DE (1) | DE102004013373A1 (de) |
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- 2004-03-17 DE DE102004013373A patent/DE102004013373A1/de not_active Ceased
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