DE102006038422A1

DE102006038422A1 - Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Werkstücke

Info

Publication number: DE102006038422A1
Application number: DE200610038422
Authority: DE
Inventors: Hans Hornig; Alfred Scherz; Juergen Berndl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Um bei dem bekannten Laserlöten, bei dem der Laserstrahl den Lotwerkstoff aufschmilzt und hierüber die Lötstelle erwärmt wird, zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Laserstrahl in zwei Teilstrahlen zu teilen, wobei ein Teilstrahl zum Schmelzen des Lotwerkstoffes und der andere zum Erwärmen der zu verbindenden Werkstücke in der Lötnaht dient.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Aus der DE 102 39 141 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke mittels Laserlöten bekannt. Um eine gute Benetzung der zu verbindenden Werkstücke im Nahtbereich mit dem Lotwerkstoff zu erreichen, wird vorgeschlagen, das Lot vor der Zufuhr in den Lotbereich zu erhitzen. Hierfür ist eine separate Einrichtung vorgesehen.
Die Verwendung einer separaten Heizeinrichtung für den Lotwerkstoff ist kostenintensiv und störanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.
Die Lösung basiert auf dem Grundgedanken, nicht einen einzigen Laserstrahl zum Erwärmen der zu verbindenden Bauteile und zum Aufschmelzen des Lotwerkstoffes zu verwenden, sondern mindestens zwei Laserstrahlen vorzusehen, von denen ein (wärmeenergetisch kleinerer) Teilstrahl zum Aufschmelzen des Lotwerkstoffes mit herangezogen wird. Damit besteht die Möglichkeit, auch größere Nahtbreiten, also größere Spaltmaße zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen, zu verlöten, da die zu verbindenden Bauteile nunmehr direkt über mindestens einen Teilstrahl vorgewärmt werden können und nur ein Teilstrahl, also ein Restanteil der Laserenergie, zum Aufschmelzen des Lotwerkstoffes abgezweigt wird. Der zum Vorwärmen der zu verbindenden Bauteile verwendete Teilstrahl muss also nicht mehr seine Wärmeenergie abgegeben, um den Lotdraht zu schmelzen.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 wird eine bevorzugte Zufuhrmöglichkeit für den Lotwerkstoff beschrieben. Auch wird durch diese Anordnung die Orientierungs- und Bewegungsfreiheit eines Roboters, an dem der Laserlötkopf befestigt und über den er geführt wird, nicht eingeschränkt.
Durch die Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 3-5, die prinzipiell bekannt sind, kann in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Prozessgeschwindigkeit und auch die Prozesssicherheit erhöht werden. Auch kann dadurch Nacharbeit und der Ausschuss der produzierten Teile durch Prozessstabilisierung im Vergleich zum konventionellen Laserlötverfahren beträchtlich reduziert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es stellen dar:
1 Eine perspektivische Prinzipansicht eines Lötvorganges;
2a-f verschiedene Laserstrahlformen in Verbindung mit einem Lotwerkstoff.
In 1 sind schematisiert zwei Bleche 1 und 2 teilweise einander überlappend dargestellt. Im Überlappbereich soll eine Überlappnaht gelötet werden. Hierzu ist ein Laserlötkopf 3 vorgesehen, der nur schematisiert dargestellt wird. Gehalten wird er von einem nicht näher dargestellten Roboter, der ihn entlang der Lötnaht führt.
In 1 wird in dem Laserkopf der Laserstrahl auf zwei Teilstrahlen 4 und 5 aufgeteilt, die beabstandet voneinander auf die Lötstelle auftreffen. Durch eine Führung 6 wird ein Lotdraht 7 und Schutzgas zur Lötnaht geführt.
Die beiden Teilstrahlen 4 und 5 sind so aufgeteilt, dass der in Lötrichtung 8 vordere Lötstrahl 5 zum Aufwärmen der beiden zu verlötenden Bleche dient. Er trägt die höhere Wärmeenergie in die Lötstelle, so dass die zu verbindenden Bleche optimal vorgewärmt werden.
Der hintere, eine geringere Wärmeenergie beinhaltende Laserteilstrahl dient zum Aufschmelzen des Lotdrahtes und zum Erwärmen der Lotnaht.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass nun nicht mehr über den aufgeschmolzenen Lötdraht die Wärmeenergie in die zu verlötenden Bleche eingeleitet werden muss. Vielmehr besorgt dies der in Lötrichtung vordere Teilstrahl, so dass auch das abgeschmolzene Lot besser die Lötnaht bilden kann.
Das Aufteilen eines Laserstrahls auf zwei oder mehr Teilstrahlen ist allgemein bekannt und wird deshalb nicht näher dargestellt. Genauso gut ist es denkbar, über Lichtleiter bereits einzelne Laserstrahlen zuzuführen und dann über entsprechende Optiken und Fokussiereinrichtungen auf die Lötstelle zu richten.
In 2 sind bevorzugte Anordnungen von Laserteilstrahlen in Bezug auf den Lötdraht dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel nach 2a ist identisch mit dem in 1 dargestellten Beispiel.
Die Ausführungsform nach 2b unterscheidet sich dadurch von dem Ausführungsbeispiel nach 2a, dass jeweils der vordere und hintere Laserteilstrahl auf jeweils zwei, also insgesamt vier Laserteilstrahlen aufgeteilt wird. Auch hier gilt, dass die jeweils beiden in Lötrichtung vorderen Laserteilstrahlen dazu dienen, die zu verlötenden Blechen vorzuwärmen und die beiden hinteren, den Lötdraht abzuschmelzen und sein Fließverhalten in der Lötnaht zu verbessern.
In 2c wurde ein Laserstrahl aufgeteilt auf zwei Halbstrahlen. Ihre Aufgabe ist gleich wie in 2a.
Eine weitere Variante stellt 2d dar. Dort wird der Laserstrahl kreisringförmig ausgestaltet und der Lötdraht in der Mitte des Ringes so zugeführt, dass der energiereichere Anteil des Laserstrahls ungehindert auf die Lötstelle trifft und der energieärmere Anteil zum Aufschmelzen des Lötdrahtes dient.
In 2e sind ebenfalls zwei Laserhalbstrahlen dargestellt, jedoch sind sie umgekehrt zu 2c angeordnet.
In 2f ist der Laserstrahl auf sechs Teilstrahlen aufgeteilt, die den Lötdraht umschließen. Gerade bei diesem Ausführungsbeispiel ist es sinnvoll, die Aufteilung des Laserstrahls auf die sechs Teilstrahlen nicht durch Prismen und Keile vorzunehmen, sondern bereits in der Lasererzeugungsanlage und die sechs Teilstrahlen über Lichtleiter dem Laserkopf zuzuführen. Dort werden sie dann nur noch fokussiert.

Claims

Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Werkstücke, insbesondere zweier Bleche, mittels Lasertöten, bei dem ein Laserstrahl auf mindestens zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilstrahl zum Schmelzen eines Lotwerkstoffes dient, während der/die anderen Teilstrahl(en) zur Erwärmung der zu verbindenden Werkstücke dient(dienen).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff kurz oberhalb der Nahtebene auf den in Lötrichtung nacheilenden Teilstrahl trifft und von diesem aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Teilstrahlen geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen unterschiedlich fokussiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schutzgas zur Lötstelle zugeleitet wird.