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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 Welded 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. Aus der koreanischen Patentanmeldung
KR 1020010053323 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Paare von zu „Tailored Welded Blanks” zu verschweißenden Blechplatinen auf einem Förderband angeordnet, zu einer Schweißeinrichtung transportiert und dort mittels eines Lasers verschweißt werden, dabei kann der Laser so variabel eingestellt werden, dass er gute Schweißnähte bei verschieden breite Lücken zwischen den beiden zu verschweißenden Blechplatinen erzeugt.
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Aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 60104775 T2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die zu „Tailored Welded Blanks” zu verschweißenden Blechplatinen unterschiedlicher Dicke zunächst lasergenschnitten, dann auf quer zur Bearbeitungsbahn mittels einer NC-Steuerung verfahrbaren Werkstückträgern angeordnet, entsprechend aneinander gefahren und danach entlang der geschnittenen Kanten verschweißt werden. 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 Materialgüten, 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 , wie auch aus der deutschen Patentanmeldung
DE 1288548 A , ist eine entsprechende Vorrichtung zum Verschweißen von mindestens zwei Bändern aus Metall entlang ihrer Längskante bekannt. Aus der japanischen Patentanmeldung
JP 2001269785 A ist ferner ein Verfahren bekannt, die zusammenzuschweißenden Bänder vor dem Verschweißen mit passiven Vorrichtungen, wie Rollen, auszurichten.
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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 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 8 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 Materialgüten 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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Erfindungsgemäß 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.
