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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von
mindestens zwei Bändern aus Metall entlang ihrer Längskante,
umfassend mindestens zwei Bandzuführungseinrichtungen zum
Zuführen von jeweils einem Metallband in mindestens eine Schweißstation,
wobei in der Schweißstation eine Verschweißung
der mindestens zwei Metallbänder entlang ihrer Längskante
erfolgt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines Metallbandes, umfassend mindestens zwei entlang ihrer
Längskanten miteinander verschweißten Metallbänder.
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Bei
dem Einsatz von Bauteilen aus Metall, insbesondere im Kraftfahrzeugbau,
wird bei belastungsgerechter Auslegung großer Wert auf
ein minimales Gewicht des Bauteils gelegt. Dies wird üblicherweise
durch den Einsatz von sogenannten ”Tailored Blanks” erreicht,
welche Bleche darstellen, die aus verschweißten Platinenzuschnitten
bestehen, so dass unterschiedlichen Belastungen im Bauteil mit der
entsprechenden Platinendicke und der entsprechenden Materialgüte
begegnet werden kann. Im Ergebnis führt dies zu belastungsgerecht ausgelegten
Bauteilen mit minimalem Gewicht. Im Sinne einer wirtschaftlichen
Herstellung von belastungsgerecht ausgelegten Bauteilen ist allerdings eine
diskontinuierliche Verarbeitung von unterschiedlichen Blechen nicht
immer optimal, so dass Bänder hergestellt werden, die aus
unterschiedlichen Materialdicken und Materialguten, entsprechend
angepasst an das später herzustellende Bauteil, bestehen.
Diese ermöglichen dann eine bandförmige Verarbeitung des
Metallbandes zu belastungsgerecht ausgelegten Bauteilen. Die verarbeiteten
Metallbänder werden auch ”Tailored Strips” genannt.
Bei der Herstellung der Tailored Strips werden beispielsweise zwei
Metallbänder mit einer unterschiedlichen Dicke oder einer
unterschiedlichen Materialgüte von jeweils einer Haspel
abgewickelt und über Bandzuführungseinrichtungen
einer Schweißstation zugeführt, welche die Metallbänder
entlang der Längskante verschweißt. Ausschlaggebend
für eine produktionssichere Verschweißung ist
die Zuführung der Metallbänder in die Schweißstation,
welche eine genaue Ausrichtung der entsprechenden Bandzuführungseinrichtungen
benötigt. Beispielsweise ist eine Schweißspalttoleranz
von maximal + 0,08 mm erlaubt, um qualitativ hochwertige Schweißnähte
zu erzielen. Aus der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung
JP 08281306 A ist
eine entsprechende Vorrichtung zum Verschweißen von mindestens
zwei Bändern aus Metall entlang ihrer Längskante
bekannt. Problematisch bei den bisher bekannten Vorrichtungen zum
Verschweißen von mindestens zwei Metallbändern
entlang ihrer Längskante ist nun, dass bei einem Wechsel
auf Metallbänder unterschiedlicher Breite der Einrichtungsaufwand
enorm ist, um die notwendigen Schweißspalttoleranzen wieder
zu gewährleisten.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zum Verschweißen von mindestens zwei Bändern aus
Metall entlang ihrer Längskante sowie ein entsprechendes
Verfahren zum Verschweißen der Metallbänder entlang
ihrer Längskante zur Verfügung zu stellen, mit
welcher bzw. mit welchem auch bei relativ häufigem Produktwechsel
eine wirtschaftliche Herstellung von verschweißten, belastungsangepassten Metallbändern
ermöglicht wird.
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Gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung
zum Verschweißen von mindestens zwei Bändern aus
Metall entlang ihrer Längskante dadurch gelöst,
dass mindestens eine Bandzuführungseinrichtung zumindest
quer zur Bandlaufrichtung des Metallbandes bewegbar angeordnet ist.
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Bisher
waren die Bandzuführungseinrichtungen ortsfest ausgebildet,
so dass bei einem Produktwechsel, beispielsweise bei dem Verschweißen
von unterschiedlich breiten Metallbändern, die Rüstzeit bei
dem Produktwechsel sehr groß war und zu einem unwirtschaftlichen
Herstellprozess führte. Durch die quer zur Bandlaufrichtung
bewegbar angeordnete Bandzuführungseinrichtung wird ermöglicht,
die Bandzuführung abhängig von den zu verschweißenden
Metallbändern genau einzustellen und die Rüstzeiten
so zu minimieren. Sofern lediglich eine der mindestens zwei Bandzuführungseinrichtungen
zumindest quer zur Bandlaufrichtung des Metallbandes bewegbar angeordnet
ist, können die Kosten für die Vorrichtung zum
Verschweißen von mindestens zwei Bändern aus Metall
entlang ihrer Längskante im Hinblick auf die Erzielung
möglichst kleiner Rüstzeiten minimiert werden.
Allerdings ist ohne weiteres denkbar, beide Bandzuführungseinrichtungen
zumindest quer zur Bandlaufrichtung des Metallbandes bewegbar anzuordnen,
um eine möglichst große Flexibilität hinsichtlich
eines Wechsels bezüglich der zu verschweißenden
Metallbänder zu gewährleisten.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist die Bandzuführungseinrichtung eine Haspel und mindestens
eine Bandtreibereinheit sowie optional eine Richtmaschine und/oder
eine Kantenvorbereitungseinheit auf. Über die Haspel wird
das als Coil angelieferte Metallband abgewickelt und Bandtreibereinheiten,
welche das Band in Richtung Schweißstation transportieren, zugeführt.
Da die Ebenheit des Metallbandes für die Prozesssicherheit
des Schweißens, insbesondere bei Verwendung des Laserschweißens,
von großer Bedeutung ist, wird das Metallband in der optionalen Richtmaschine
geebnet. Die ebenfalls vorgesehene, optionale Kantenvorbereitungseinheit übernimmt
die Vorbereitung der zu verschweißenden Kanten der Metallbänder,
beispielsweise durch Schaben, Fräsen oder Arrondieren.
Hierdurch werden die Bandkanten optimal auf das Verschweißen
vorbereitet. Die Bandtreibereinheiten transportieren die Metallbänder
vorzugsweise so, dass Schlaufen entstehen, welche eine besonders
gleichmäßige Zuführung des Metallbandes
zur Schweißstation ermöglichen.
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Um
die Flexibilität im Hinblick auf die Herstellung von verschweißten
Metallbändern zu vergrößern, kann die
Vorrichtung dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, dass die Schweißstation
zumindest quer zur Bandlaufrichtung bewegbar angeordnet ist. Natürlich
ist auch denkbar, dass die Schweißstationen, ebenso wie
die Bandzuführungseinrichtungen, zumindest teilweise in
Bandlaufrichtung bewegbar angeordnet sind, um die Flexibilität
hinsichtlich der Fertigung unterschiedlicher Metallbänder
weiter zu erhöhen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Bandzuführungseinrichtungen und/oder die Schweißstationen manuell,
hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch bewegbar. Elektrisch bewegbare
Bandzuführungseinrichtungen und/oder Schweißstationen
ermöglichen eine komfortable elektronische Steuerung der Position
der einzelnen Einheiten zur Anpassung an die unterschiedlichen Metallbandbreiten.
Eine manuelle Ausrichtungsmöglichkeit kann im Hinblick
auf die Reduzierung von Investitionskosten vorgesehen sein.
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Eine
weitere Erhöhung der Flexibilität im Hinblick
auf das Einrichten der Vorrichtung zum Verschweißen von
Metallbändern entlang ihrer Längskante, beispielsweise
auf unterschiedliche Metallbandbreiten, wird gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch erreicht, dass die einzelnen Einheiten der Bandzuführungseinrichtungen
unabhängig voneinander zumindest quer zur Bandlaufrichtung
bewegbar angeordnet sind. Die Haspel, die Bandtreibereinheit, die Richtmaschine
und die Kantenvorbereitungseinheit können so unabhängig
voneinander eingerichtet werden und zu einem optimalen Verschweißen
der Metallbänder führen.
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Eine
besonders genaue Bewegung der Einheiten bzw. der Bandzuführungseinrichtungen und/oder
der Schweißstationen wird dadurch erreicht, dass NC-Achsen
zum Verschieben der Bandzuführungseinrichtungen oder deren
einzelnen Einheiten und/oder der Schweißstationen vorgesehen sind.
NC-Achsen ermöglichen nämlich eine präzise und
einfache Steuerung.
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Eine
weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Hinblick auf die Herstellung von Metallbändern, welche
aus mindestens drei miteinander verschweißten Metallbändern
bestehen, wird dadurch erreicht, dass eine dritte Bandzuführungseinrichtung
und optional eine weitere Schweißstation vorgesehen sind.
Das Verschweißen der Metallbänder kann prinzipiell
auch in einer einzigen Schweißstation, beispielsweise unter
Anwendung des Laserschweißverfahrens, durchgeführt
werden. Durch eine weitere Schweißstation kann der Einfluss des
ersten Schweißvorgangs auf den nächsten Schweißvorgang
verringert werden, da zwischen beiden Schweißvorgängen
die erste Schweißnaht bereits abkühlen kann.
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Schließlich
wird die Flexibilität hinsichtlich der Herstellung von
zu verschweißenden Metallbändern dadurch weiter
erhöht, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Aufwickelhaspel
für das geschweißte Metallband vorgesehen ist,
welche zumindest quer zur Bandlaufrichtung bewegbar angeordnet ist.
Hierdurch wird die Rüstzeit für die Aufwickelhaspel
ebenfalls reduziert.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe für ein Verfahren zur Herstellung von mindestens
zwei der Länge nach miteinander verschweißten
Metallbändern, insbesondere Bändern aus Stahl
oder einer Stahllegierung, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gelöst. Wie bereits oben ausgeführt,
ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung
bei geringen Rüstzeiten auch Produktwechsel bei der Herstellung
von verschweißten Metallbändern einfach zu realisieren.
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Besonders
vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch weiter ausgestaltet werden, dass drei Stahlbänder
miteinander verschweißt werden, wobei vorzugsweise zwei
Schweißstationen zum Verschweißen der Stahlbänder
verwendet werden. Beim Produktwechsel bei der Verschweißung von
drei Stahlbändern ist der Rüstaufwand besonders
groß, so dass die Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren zu einer besonders wirtschaftlichen Herstellung von aus
drei verschweißten Metallbändern hergestellten
Metallbändern führt.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren
auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits
auf die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche
sowie auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in einer schematischen perspektivischen
Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Verschweißung von drei Stahlbändern.
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Die
einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung drei Metallbänder
a, b, c, welche von drei Haspeln 1a, 1b, 1c abgewickelt
und jeweils durch eine zugehörige Richtmaschine 2a, 2b, 2c geführt
werden. Wie bereits ausgeführt, werden die Metallbänder
in der Richtmaschine geebnet, um insbesondere die Toleranzen für
den Fügespalt während des Schweißens
besser einzuhalten. Die drei Metallbänder a, b, c werden
aus der Richtmaschine 2a, 2b, 2c kommend
jeweiligen Kantenvorbereitungseinheiten 3a, 3b, 3c zugeführt,
in welchen zumindest die zu verschweißenden Kanten für
den Schweißprozess durch Fräsen, Schaben oder
Arrondieren vorbereitet werden können. Weitere Treibereinheiten 4a, 4b, 4c transportieren
die Bänder aus der Kantenvorbereitungseinheit 3a, 3b, 3c in
Richtung der jeweiligen Schweißstationen 6, 7.
Die Treibereinheiten 4a, 4b, 4c bestehen
dabei aus zumindest einem Paar gegenüberliegenden Rollen,
welche angetrieben werden und das Band in Richtung Schweißstationen 6, 7 befördern.
Die Treibereinheiten sowie die übrigen Einheiten wie die
Richtmaschine 2a, 2b, 2c oder die Kantenvorbereitungseinheit 3a, 3b, 3c weisen üblicherweise
zusätzliche Bandführungsrollen auf. Bandführungsrollen 5 können
aber auch separat, beispielsweise in Bandlaufrichtung hinter einer
Treibereinheit 4a angeordnet sein.
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Die
Metallbänder b, c werden dann in der Schweißstation 6 entlang
ihrer Längskante miteinander verschweißt, vorzugsweise
unter Verwendung des Laserschweißverfahrens. Es kann aber
auch ein anderes Schweißverfahren verwendet werden.
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Anschließend
wird das verschweißte Metallband in die nächste
Schweißstation 7 geführt, um dort mit
dem dritten Metallband a verschweißt zu werden. Im Ergebnis
wird ein Metallband d zur Verfügung gestellt, welches zur
Herstellung von belastungsgerecht angepassten Halbzeugen oder Bauteilen
angepasst ist und beispielsweise aus unterschiedlichen Materialguten
und/oder Materialdicken besteht.
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Die
Schweißstationen 6 und 7 sind zur vereinfachten
Zuführung des Metallbandes in die jeweilige Schweißzone
der Schweißstationen 6 oder 7 hintereinander
angeordnet, so dass beim Eintritt des in der ersten Schweißstation 6 einfach
geschweißten Metallbandes in die zweite Schweißstation 7 das
Metallband schon relativ abgekühlt ist.
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Vorzugsweise
ist hinter der letzten Schweißstation 7 eine weitere
Treibereinheit für das geschweißte Metallband
d vorgesehen, welche den Aufwickelvorgang auf die Aufwickelhaspel 9 verbessert.
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In
der einzigen Figur sind nun mit den Doppelpfeilen die Bewegungsrichtungen,
in welche die einzelnen Einheiten, also die Haspeln 1a, 1b, 1c,
die Richtmaschine 2a, 2b, 2c, die Kantenvorbereitungseinheiten 3a, 3b, 3c,
die Treibereinheiten 4a, 4b, 4c, die
Bandführungsrollen 5, die Schweißstation 6,
die Schweißstation 7 sowie die Treibereinheit
für das geschweißte Band 8 und die Aufwickelhaspel 9 bewegbar
sind, angedeutet.
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Wie
bereits dargelegt, wird durch die Möglichkeit der Verschiebung
der einzelnen Einheiten der Bandzuführungseinrichtungen
bzw. der Schweißstationen erreicht, dass bei einem Produktwechsel,
beispielsweise wenn ein weniger breites Metallband a oder ein weniger
breites Metallband b verschweißt werden soll, zu einer
deutlichen Reduzierung der Rüstzeiten, da die aufwendige
Montage der einzelnen Einheiten entfällt.
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Besonders
komfortabel wird dies erreicht, indem NC-Achsen verwendet werden,
welche elektrisch ansteuerbar sind und eine zentrale Steuerung der
Positionen der einzelnen Einheiten der Bandzuführungseinrichtungen
sowie der Schweißstationen ermöglicht. Es sind
aber auch andere mechanische, hydraulische, pneumatische oder elektrische
Vorrichtungen zur Verschiebung der einzelnen Stationen denkbar,
um die erfindungsgemäßen Vorteile zu realisieren.
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Vorzugsweise
sind, wie bereits ausgeführt, alle einzelnen Einheiten
getrennt, d. h. unabhängig voneinander bewegbar angeordnet.
Darüber hinaus kann auch vorteilhaft sein, die Einheiten
in Bandlaufrichtung bewegbar auszugestalten, um beispielsweise als
Puffer dienende Schlaufen in der Bandführung zu ermöglichen.
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Zwar
sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Treibereinheiten 8 für
das geschweißte Metallband d sowie die Aufwickelhaspel 9 quer
zur Bandlaufrichtung bewegbar dargestellt, allerdings ergeben sich
die erfindungsgemäßen Vorteile insbesondere auch
bei einer festen Treibereinheit 8 und einer ortsfesten
Aufwickelhaspel 9.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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