-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer sich linienförmig entlang einer Erstreckungslinie bis zu einem Endpunkt erstreckenden Schweißnaht mittels eines Energiestrahls.
-
Verfahren zum Herstellen einer Schweißnaht mittels eines Energiestrahls sind bekannt. Es ist bekannt, den Energiestrahl entlang der Erstreckungslinie zu führen, wobei mittels des Energiestrahls eine zum Herstellen der Schweißnaht notwendige Energiemenge in ein zu fügendes Material eingebracht wird. Bei dem Energiestrahl kann es sich beispielsweise um einen Laserstrahl handeln. Aus der
US 7 091 444 B2 ist ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen mit reduzierten Ausformungen von Schweißendkratern bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Laserstrahl entlang eines zu verschweißenden Segments zum Formen einer ein Ende aufweisenden Schweißnaht geführt, und sobald der Laserstrahl das Schweißnahtende erreicht, ein Fokus des Laserstrahls von einer zu verschweißenden Oberfläche distanziert, wobei zu dem Schweißnahtende hin eine Schweißgeschwindigkeit reduziert wird und/oder an dem Schweißnahtende eine lokale Strahlbewegung seitwärts über die Schweißnaht hinaus auftritt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives und/oder verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Schweißnaht mittels eines Energiestrahls anzugeben, insbesondere dahingehend, dass an einem Ende der Schweißnaht ein möglichst gleichmäßiges und ebenes Schweißbild erzeugbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen einer sich linienförmig entlang einer Erstreckungslinie bis zu einem Endpunkt erstreckenden Schweißnaht mittels eines Energiestrahls gelöst. Es sind ein Führen des Energiestrahls bis kurz vordem Endpunkt entlang der Erstreckungslinie und ein Führen des Energiestrahls in einem Winkel zu der Erstreckungslinie bis zum Endpunkt vorgesehen. Der Energiestrahl kann zunächst auf den Endpunkt entlang der Erstreckungslinie geführt werden. Kurz vor Erreichen des Endpunkts kann der Energiestrahl ab eines Abzweigungspunktes so geführt werden, dass er durch den Endpunkt indem Winkel zu der Erstreckungslinie fährt. Als kurz im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise Abstände in einem Bereich zwischen dem 3- bis 10-fachen einer Dicke der Schweißnaht im Bereich der Erstreckungslinie zu verstehen. Vorteilhaft kann erfindungsgemäß ein Endpunkt mit einem besonders ebenen, also wenig zerklüfteten Schweißbild hergestellt werden.
-
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Führen des Energiestrahls abweichend von der Erstreckungslinie vor dem Führen durch den Endpunkt hindurch vorgesehen. Vorteilhaft kann der Energiestrahl zunächst leicht abweichend von der Erstreckungslinie geführt werden, wobei vorteilhaft durch eine Richtungsänderung des Energiestrahls dieser durch den Endpunkt hindurch geführt werden kann. Dazu ist es denkbar, den Energiestrahl beispielsweise mit einer durchgehend konstanten Geschwindigkeit und/oder konstanten Energiemenge zu führen und lediglich dabei seine Richtung so zu ändern, dass zunächst der Energiestrahl von der Erstreckungslinie abweicht und darin durch den Endpunkt hindurch geführt wird. Vorteilhaft kann so im Bereich des Endpunkts ein besonders gutes Schweißnahtbild erzeugt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Führen des Energiestrahls zurück in Richtung der Erstreckungslinie nach dem Führen des Energiestrahls durch den Endpunkt hindurch vorgesehen. Vorteilhaft kann der Energiestrahl nach dem Durchqueren des Endpunkts wieder zu der Erstreckungslinie zurückgeführt werden, so dass sich eine insgesamt geschlossene Linie und damit ein besonders gutes Schweißnahtbild ergibt. Bei Wiedererreichen der Erstreckungslinie nach dem Durchfahren des Endpunkts kann der Laserstrahl abgeschaltet und der Schweißvorgang beendet werden. Vorteilhaft treten am Ende der Schweißnaht keine Unregelmäßigkeiten durch das Abschaltendes Energiestrahls auf.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Verringern einer effizienten Schweißleistung des Energiestrahls nach dem Führen abweichend von der Erstreckungslinie und/oder nach dem Führen durch den Endpunkt hindurch und/oder ein Verringern einer Leistung des Energiestrahls nach dem Führen abweichend von der Erstreckungslinie und/oder nach dem Führen durch den Endpunkt hindurch und/oder ein Verringern einer Geschwindigkeit des Energiestrahls nach dem Führen abweichend von der Erstreckungslinie und/oder nach dem Führen durch den Endpunkt hindurch und/oder ein Verringern der effektiven Schweißleistung des Energiestrahls nach dem Durchfahren des Abzweigpunkts und/oder ein Verringern der Leistung des Energiestrahls nach dem Durchfahren des Abzweigpunkts ein Defokussieren des Energiestrahls zum Verringern der effektiven Schweißleistung und/oder ein Pulsen des Energiestrahls zum Verringern der effektiven Schweißleistung und/oder ein Überlagern einer Schwingung während des Führens zum Verringern der effektiven Schweißleistung vorgesehen. Unter der Leistung des Energiestrahls kann ein Absolutwert einer mittels des Energiestrahls übertragbaren Leistung verstanden werden. Unter der effektiven Schweißleistung des Energiestrahls kann eine pro Flächeneinheit und/oder Volumeneinheit einer mit der Schweißnaht zu versehender Fügestellenbereich aufgenommene Leistung verstanden werden, wobei mittels der effektiven Schweißleistung beispielsweise ein Maß für ein tatsächliches Aufschmelzen bzw. Erwärmen zum Herstellen der Schweißnaht an dem Fügestellenbereich ableitbar ist. Eine Verringerung der effektiven Schweißleistung kann beispielsweise durch das Defokussieren des Energiestrahls erfolgen, wobei dieser dabei dieselbe Absolutmenge an Energie abgibt, jedoch auf eine größere Fläche des Fügestellenbereichs verteilt, so dass eine geringere Verschweißung stattfindet. Ebenso kann dies durch das Pulsen oder das Überlagern einer Schwingung während des Führens geschehen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Energiestrahl einen Laserstrahl, insbesondere einen fokussierten Laserstrahl, aufweist. Mittels des Laserstrahls kann die zum Herstellender Schweißnaht notwendige Wärmeleistung in den Fügestellenbereich eingebracht werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann es sich bei dem Energiestrahl um einen beliebigen Energietransport, beispielsweise mittels einer beliebigen elektromagnetischen Strahlung und/oder einem Teilchenstrahl und/oder einem elektrischen Strom handeln.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Führen des Energiestrahls auf einer geschlossenen Bahn kurz vor einem Erreichen des Endpunkts von der Erstreckungslinie weg durch den Endpunkt hindurch und wieder zurück zu der Erstreckungslinie vorgesehen. Vorteilhaft kann die Erstreckungslinie kurz vor Erreichen des Endpunkts verlassen werden, wobei vorteilhaft der Endpunkt durchfahren und anschließend der Energiestrahl wieder zur Erstreckungslinie zurückgeführt werden kann. Dadurch kann ein weiterer, vor dem Endpunkt und auf der Erstreckungslinie liegender Punkt quasi umfahren werden, so dass sich um diesen weiteren Punkt herum eine etwas vergrößerte Schweißnaht ergibt, die vorteilhaft, insbesondere im Bereich des Endpunkts, ein besonders gutes Schweißnahtbild aufweist.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Führen der geschlossenen Bahn als Kreisbahn und/oder als Tropfenform vorgesehen. Vorteilhaft kann ein harmonischer Verlauf, insbesondere einfach anzusteuernder Verlauf der geschlossenen Bahn erzielt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Führen des Energiestrahls bei dem von der Erstreckungslinie abweichenden Führen auf einer sich öffnenden oder schließenden Spiralbahn vorgesehen. Vorteilhaft kann dadurch die Energie des Energiestrahls gleichmäßiger verteilt werden, so dass sich ein besonders gutes Schweißnahtbild ergibt.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform sind ein Verringern der Leistung oder der effektiven Schweißleistung des Energiestrahls nach dem Führen abweichend von der Erstreckungslinie und/oder nach dem Führen durch den Endpunkt hindurch kontinuierlich bis auf einen Wert von oder nahe Null oder ein Verringern der Geschwindigkeit des Energiestrahls nach dem Führen abweichend von der Erstreckungslinie und/oder nach dem Führen durch den Endpunkt hindurch kontinuierlich bis auf einen Wert von oder nahe Null vorgesehen. Vorteilhaft kann nach dem Abweichen von der Erstreckungslinie und/oder Durchfahren des Endpunkts die Leistung, die effektive Schweißleistung und/oder die Geschwindigkeit verringert werden, so dass sich vor dem eigentlichen Abschalten des Energiestrahls, also dem Beenden des Schweißvorgangs ein besonders harmonischer bzw. qualitativ hochwertiger Abschluss der Schweißnaht ergibt.
-
Die Aufgabe ist außerdem bei einer Schweißvorrichtung zum Herstellen einer sich linienförmig entlang einer Erstreckungslinie bis zu einem Endpunkt erstreckenden Schweißnaht mittels eines Energiestrahls eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Energiestrahls zusammen mit einer Schweißnaht;
-
2 eine schematische Ansicht der in 1 dargestellten Schweißnaht, wobei eine Erstreckungslinie der Schweißnaht sowie eine Führungslinie, entlang der der Energiestrahl führbar ist, eingezeichnet sind;
-
3 eine schematische Darstellung einer Schweißgeschwindigkeit des Energiestrahls während des Herstellens der in den 1 und 2 gezeigten Schweißnaht; und
-
4 eine schematische Darstellung einer Leistung des Energiestrahls während des Herstellens der in den 1 und 2 gezeigten Schweißnaht.
-
1 und 2 zeigen in Draufsicht eine dreidimensionale schematische Darstellung einer mittels einer lediglich mittels des Bezugszeichens 1 angedeuteten Schweißvorrichtung herstellbaren Schweißnaht 3 in einem Fügestellenbereich 11 zwischen zwei Fügepartnern, beispielsweise zwei Blechen. Die Vorrichtung 1 ist zum Herstellen der Schweißnaht 3 mittels eines Energiestrahls 5 eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert. Hierzu weist die Schweißvorrichtung 1 eine nicht näher dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen des Energiestrahls 5 sowie zum Führen des Energiestrahls 5 entlang der Führungslinie 9 auf. Zur Vereinfachung ist in 1 in einem Bereich oberhalb des Fügestellenbereichs 11 nur eine Projektion 17' der Erstreckungslinie 17 sowie die mit der Projektion 17' der Erstreckungslinie 17 übereinstimmende Projektion 9' der Führungslinie 9 dargestellt. Die Pfeile 7 geben eine Schweißrichtung entlang der Führungslinie 9 an.
-
Die Führungslinie 9 führt bis einschließlich zu einem Endpunkt 15 der Schweißnaht 3. Die Führungslinie 9 weist eine Erstreckungslinie 17 auf, die in einer zwischen den Fügepartnern im Fügestellenbereich 11 aufspannbaren Fläche mit einer geringen Krümmung liegt. Vorteilhaft ist der zugehörige Bahnradius von Anfangspunkt bis Endpunkt in einem Bereich zwischen 20 mm und 1000 mm. Vorzugsweise ist die Erstreckungslinie linear, wobei die genannte Fläche also in Ebene ist. Die Fügepartner können eine Oberfläche mit beliebiger Krümmung aufweisen.
-
Der Energiestrahl 5 ist fokussiert und weist einen auf einen Fügestellenbereich 11 gerichteten Fokus 13 auf. Im Bereich des Fokus 13 ist mittels des Energiestrahls 5 eine zum Herstellen der Schweißnaht 3 notwendige Energie in den Fügestellenbereich 11 übertragbar. Bevorzugt kann es sich bei dem Energiestrahl 5 um einen Laserstrahl handeln. Alternativ und/oder zusätzlich ist es jedoch denkbar, dass der Energiestrahl 5 als beliebiger Energiestrahl, beispielsweise als Teilchenstrahl, Elektronenstrahl, Ionenstrahl und/oder elektrischer Strom ausgebildet ist. Zum Herstellen der Schweißnaht 3 wird der Fügestellenbereich 11 lokal aufgeschmolzen.
-
2 zeigt die in 1 gezeigte Schweißnaht 3 in einer schematischen Projektion der dreidimensionalen Darstellung der Fügepartner zusammen mit den Pfeilen 7 und der Führungslinie 9, jedoch ohne den Energiestrahl 5. Wie in 2 ersichtlich, wird der Energiestrahl 5 bzw. der Fokus 13 des Energiestrahls 5 entlang der Führungslinie 9 geführt. Die Führungslinie 9 führt durch den Endpunkt 15 der Schweißnaht 3 hindurch. Die Schweißnaht 3 erstreckt sich entlang der Erstreckungslinie 17, die in 2 gestrichelt eingezeichnet ist, bis zu dem Endpunkt 15. Zum Herstellen der Schweißnaht 3 wird der Fokus 13 des Energiestrahls 5 weitgehend entlang der Erstreckungslinie 17 geführt, wobei jedoch kurz vor Erreichen des Endpunkts 15 die Führungslinie 9 jedoch von der Erstreckungslinie 17 abweicht und der Fokus 13 des Energiestrahls 5 kreisförmig zunächst von der Erstreckungslinie 17 weg, dann auf den Endpunkt 15 zu, durch den Endpunkt 15 hindurch und von dort wieder zurück auf die Erstreckungslinie 17 geführt wird. Der Fokus 13 führt dabei eine kreisförmige Bewegung auf dem Fügestellenbereich 11 durch. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass anstelle des kreisförmigen Führens des Fokusses 13 des Energiestrahls 5 dieser auf einer beliebigen geschlossenen Bahn oder Teilen dieser, beispielsweise einer tropfenförmigen Bahn durch den Endpunkt 15 hindurchgeführt wird. Ferner ist es alternativ und/oder zusätzlich denkbar, anstelle einer geschlossenen Bahn den Fokus 13 vor Erreichen des Endpunkts 15 auf einer spiralförmigen Bahn, beispielsweise sich öffnend oder sich schließend so zu führen, dass der Fokus 13 des Energiestrahls 5 den Endpunkt 15 in einem Winkel zu der Erstreckungslinie 17 durchläuft.
-
Vorteilhaft wird der Fokus 13 des Energiestrahls 5 nicht lediglich bis zu dem Endpunkt 15 entlang der Erstreckungslinie 17 geführt und dann abgeschaltet. Stattdessen wird der Fokus 13 des Energiestrahls 5 vorteilhaft in einem Winkel zur Erstreckungslinie 17 durch den Endpunkt 15 hindurchgeführt, wobei der Endpunkt 15 eine besonders gute Qualität der Schweißnaht 3 aufweist. Gemäß der Darstellung der 2 wird der Fokus 13 des Energiestrahls 5 in einem rechten Winkel zur Erstreckungslinie 17 durch den Endpunkt 15 hindurchgeführt.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Schweißgeschwindigkeit des Fokusses 13 des Energiestrahls 5 während der Herstellung der Schweißnaht 3 gemäß den Darstellungen der 1 und 2. Die 3 enthält einen dreidimensionalen Graph, ein Ort des Fokusses 13 des Energiestrahls 5 auf dem der Fügestellenbereich in einer x-Richtung 19 und in einer y-Richtung 21 aufgetragen sind. Auf einer z-Achse 23 ist die zu dem mit den Achsen 19 und 21 dargestellten Ort zugehörige Schweißgeschwindigkeit aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass die Schweißgeschwindigkeit bis zum Erreichen des Endpunkts 15 konstant ist. Nach dem Durchfahren bzw. Erreichen des Endpunkts 15 wird die Schweißgeschwindigkeit entlang einer Rampe verringert, insbesondere bis auf einen Wert nahe Null, vorzugsweise auf einen Wert von Null. Die Schweißgeschwindigkeit kann bis zum Erreichen bzw. Durchfahren des Endpunkts 15 auch erhöht werden.
-
4 zeigt einen dreidimensionalen Graph analog der Darstellung der 3, wobei im Unterschied auf der z-Achse 23 eine Leistung des Energiestrahls 5 aufgetragen ist. In 4 ist ersichtlich, dass die Leistung des Energiestrahls 5 nach Erreichen eines Abzweigpunkts 25 entlang einer Rampe verringert wird. Die auf der z-Achse 23 aufgetragene Leistung wird also beim Durchfahren der geschlossenen kreisförmigen Bahn entlang der Rampe reduziert, vorzugsweise auf einen Wert nahe Null, insbesondere auf einen Wert von Null. Es wird also zunächst bis zum Erreichen des Endpunkts 15, wie in 3 ersichtlich, mit einer konstanten Schweißgeschwindigkeit die Leistung verringert. Nach dem Durchfahren des Endpunkts 15 werden sowohl die Geschwindigkeit als auch die Leistung weiter verringert. Es versteht sich, dass auch andere Variationen der Schweißleistung nach dem Verzweigungspunkt 25 in Abhängigkeit von einem Zeitablauf oder der Position des Fokus von der Erfindung umfasst werden. Beispielsweise kann nach dem Punkt 25 die Laserleistung nahe Null gebracht und anschließend erhöht werden.
-
Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, anstelle der in 4 dargestellten Verringerung der Leistung eine effektive Schweißleistung des Energiestrahls 5, beispielsweise durch ein Defokussieren, ein Überlagern einer Schwingung vorzusehen.
-
Es ist zu erkennen, dass bis zu dem Abzweigpunkt 25 die Erstreckungslinie 17 und die Führungslinie 9 einen gemeinsamen Verlauf haben. Nach einem Durchfahren des Abzweigpunkts 25 weicht die Führungslinie 9 – entsprechend der Bahn, insbesondere Kreisbahn – von der Erstreckungslinie 17 ab.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 3
- Schweißnaht
- 5
- Energiestrahl
- 7
- Pfeil
- 9
- Führungslinie
- 11
- Fügestellenbereich
- 13
- Fokus
- 15
- Endpunkt
- 17
- Erstreckungslinie
- 19
- x-Achse
- 21
- y-Achse
- 23
- z-Achse
- 25
- Abzweigpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
