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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen, bei welchem mittels wenigstens eines Spannelements ein Abstand zwischen einem ersten Bauteil und zumindest einem zweiten Bauteil verringert wird. Mittels einer Laserschweißeinrichtung werden zumindest die beiden Bauteile an wenigstens einer Stelle miteinander verschweißt. Gemeinsam mit dem wenigstens einen Spannelement wird dann die Laserschweißeinrichtung entlang der Bauteile weiterbewegt. Hierbei wird eine weitere Schweißverbindung zwischen den Bauteilen hergestellt.
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Etwa aus dem Karosseriebau von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, beim Einsatz von Laserschweißtechnik für jeden aus wenigstens zwei Bauteilen gebildeten Bauteilverbund eine bauteilspezifische Spannvorrichtung aufzubauen. Hierbei kommen Spannelemente zum Einsatz, welche auch als Geometriespanner bezeichnet werden, da sie der Herstellung einer bestimmten Geometrie des Bauteilverbunds dienen. Des Weiteren kommt an Spannelementen eine vielfach höhere Anzahl an sogenannten Prozessspannern zum Einsatz, welche für das Laserschweißverfahren benötigt werden.
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Etwa aus dem Stand der Technik der
DE 10 2004 015 250 A1 ist des Weiteren eine mitlaufende Spannvorrichtung bekannt, also eine Spannvorrichtung, welche zusammen mit der Laserschweißeinrichtung bewegt wird, während beim Verschweißen zweier Bauteile miteinander eine Strichnaht ausgebildet wird. Die Spannvorrichtung der
DE 10 2004 015 250 A1 umfasst einen Spannfinger, welcher auf einer Oberseite eines ersten Bauteils aufliegt, und eine Spannrolle, welche von unten gegen ein zweites Bauteil drückt, wobei das erste Bauteil und das zweite Bauteil mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass bei betätigter Spannvorrichtung mit dem Laserstrahl zunächst eine kurze Heftnaht erzeugt wird. Anschließend werden der Spannfinger und die Spannrolle hin zu einer nächsten Spannstelle bewegt. Der Laserstrahl erzeugt dann ausgehend von der unmittelbaren Umgebung der zweiten Spannstelle in Richtung der ersten Spannstelle, an welcher sich die Heftnaht befindet, eine Strichnaht. Hierbei geht die Strichnaht in die Heftnaht über. Ein solcher Heftschweißbetrieb wird gemäß der
DE 10 2004 015 250 A1 vorzugsweise mit Schweißvorrichtungen durchgeführt, bei denen der Laserstrahl durch Strahlablenkeinheiten und Scannersysteme positioniert werden kann.
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Das Gebrauchsmuster
DE 20 2013 102 577 U1 beschreibt eine Bearbeitungseinrichtung, insbesondere Strahlfügeeinrichtung, zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem energiereichen Strahl, insbesondere Laserstrahl, wobei die Bearbeitungseinrichtung ein in einer Transportrichtung bewegliches Bearbeitungswerkzeug mit einem den Strahl emittierenden Bearbeitungskopf und einer Andrückeinrichtung mit einem Andrückelement aufweist, welches in Transportrichtung gesehen auf Höhe und seitlich neben dem Strahl angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung mindestens ein weiteres Andrückelement aufweist, das in Transportrichtung vor und/oder hinter dem strahlnahen Andrückelement angeordnet ist.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 1 201 352 A2 beschreibt eine Andrückvorrichtung. Eine Laserschweißdüse, die als Arbeitswerkzeug verwendet wird, ein linearer Bewegungsmechanismus einer Pressvorrichtung und ein Servomotor sind dabei an einer Halterung befestigt. Ein Rollentragrahmen ist auf einer beweglichen Seite des linearen Bewegungsmechanismus befestigt. Eine Rolle ist drehbar an einem fernen Ende des Rollentragrahmens angeordnet. Eine Walze befindet sich in der Nähe einer Schweißstelle der Laserschweißdüse. Durch kontrolliertes Antreiben des Servomotors wird ein Teil in der Nähe des Schweißpunktes eines zu schweißenden Blechabschnitts an die Walze gepresst, um ein nachteiliges Abheben des Schweißabschnitts zu verhindern, wodurch ein Spalt zwischen den Blechabschnitten reguliert wird und somit eine gleichmäßige Schweißnaht erreicht werden kann. Die Pressposition, die Geschwindigkeit und die Presskraft der Walze können einfach gesteuert werden, so dass die Pressvorrichtung für verschiedene Arten von Werkstücken verwendet werden kann.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2010 029 477 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Laserfügen von Blechteilen mit jeweils einem Flansch, wobei die Flansche der Blechteile zu einem Verbindungsflansch zu fügen sind. Die Vorrichtung weist eine Spanneinrichtung zum Spannen der zu fügenden Blechteile in einer quer zum Verbindungsflansch verlaufenden Hauptspanneinrichtung zum Spannen der zu fügenden Blechteile in einer quer zum Verbindungsflansch verlaufenden Hauptspannrichtung und einer Strahlführungseinrichtung für einen Laserstrahl auf, die ausgebildet ist, einen Laserstrahl im wesentlichen parallel zum Verbindungsflansch und quer zur Spannrichtung auf eine Stirnseite wenigstens eines der Flansche der zu fügenden Blechteile zu richten. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserfügen von Blechteilen mit jeweils einem Flansch, wobei die Flansche der Blechteile zu einem Verbindungsflansch zu fügen sind. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Spannen von Bleichteilen im Bereich des Verbindungsflansches in einer quer zum Verbindungsflansch verlaufenden Hauptspannrichtung und gleichzeitig stirnseitiges Einschweißen an dem Verbindungsflansch durch Richten eines Laserstrahls im wesentlichen parallel zum Verbindungsflansch und quer zur Hauptspannrichtung auf eine Stirnseite wenigstens eines der Flansche der zu fügenden Blechteile.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfaches und flexibles Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels wenigstens eines Spannelements ein Abstand zwischen einem ersten Bauteil und zumindest einem zweiten Bauteil verringert, bei welchem mittels einer Laserschweißeinrichtung zumindest die beiden Bauteile an wenigstens einer Stelle miteinander verschweißt werden, wobei die Laserschweißeinrichtung gemeinsam mit dem wenigstens einen Spannelement entlang der Bauteile weiterbewegt und hierbei eine weitere Schweißverbindung zwischen den Bauteilen hergestellt wird, während des Weiterbewegens der Laserschweißeinrichtung ein Winkel verändert wird, unter welchem ein von der Laserschweißeinrichtung erzeugter Laserstrahl zum Herstellen der weiteren Schweißverbindung auf das erste Bauteil auftrifft. Es ändert sich also während des Weiterbewegens der Laserschweißeinrichtung die Ausrichtung des Laserstrahls relativ zu dem ersten Bauteil. Dadurch, dass zunächst an der wenigstens einen Stelle die beiden aufeinander zu bewegten, insbesondere miteinander in Anlage gebrachten, Bauteile verschweißt werden, kann bei dem Schweißverfahren auf die sogenannten Prozessspanner verzichtet werden. Durch den Entfall der Prozessspanntechnik vereinfacht sich die Schweißvorrichtung deutlich.
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Erfindungsgemäß werden die Bauteile im Bereich wenigstens eines weiteren Spannelements, mittels welchem die Bauteile miteinander in Anlage gebracht werden, an der wenigstens einen Stelle miteinander verschweißt. Hierbei ist das wenigstens eine weitere Spannelement in eine Bewegungsrichtung der Laserschweißeinrichtung vor der Laserschweißeinrichtung angeordnet wobei das wenigstens eine weitere Spannelement von den Bauteilen entfernt wird, wenn das wenigstens eine Spannelement die wenigstens eine Stelle erreicht. Es wird also der Heftpunkt an einer Stelle erzeugt, welche erst später von der Laserschweißeinrichtung und von dem wenigstens einen Spannelement, insbesondere der Spannrolle, erreicht wird. Jedoch sorgt das weitere Spannelement dafür, dass bereits beim Ausbilden des Heftpunkts an der wenigstens einen Stelle die Bauteile miteinander in Anlage gebracht oder zumindest aufeinander zu bewegt sind.
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Bei Verwendung des weiteren Spannelements hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn beim Herstellen einer Mehrzahl von Schweißverbindungen ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 3 bei maximal einem Drittel aller insgesamt zum Verbinden der Bauteile herzustellenden Schweißverbindungen zum Einsatz kommt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen, bei welcher eine Spannrolle mit einer Laserschweißeinrichtung mitbewegt wird, wobei zunächst auf der Höhe der Spannrolle ein Heftpunkt geschweißt wird und anschließend im Bereich des Heftpunkts eine Schweißnaht hergestellt wird, während die Spannrolle mit der Laserschweißeinrichtung weiterläuft;
- 2 eine Vorrichtung gemäß 2, wobei jedoch der Heftpunkt in eine Bewegungsrichtung der Spannrolle vor der Spannrolle und im Bereich eines Geometriespanners ausgebildet wird;
- 3 eine Vorrichtung gemäß 2, wobei beim Erreichen des Geometriespanners die Spannrolle von den Bauteilen entfernt wird;
- 4 eine Vorrichtung gemäß 2, bei welcher die Spannrolle jedoch den Geometriespanner überfährt; und
- 5 eine Vorrichtung gemäß 1, bei welcher die Spannrolle jedoch dafür sorgt, dass zwischen den Bauteilen ein Spalt vorbestimmter Höhe ausgebildet wird.
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Eine in 1 schematisch gezeigte Vorrichtung 10 zum Fügen von Bauteilen 12, 14, bei welchen es sich insbesondere um Karosseriebauteile eines Fahrzeugs handeln kann, umfasst eine Laserschweißeinrichtung 16 und ein Spannelement in Form einer Spannrolle 18. Die Spannrolle 18 liegt an einer Oberfläche des ersten Bauteils 12 an und drückt damit das erste Bauteil 12 gegen das zweite Bauteil 14. An einer Stelle in Form eines Heftpunkts 20 werden die beiden Bauteile 12, 14 miteinander verschweißt.
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Das Herstellen des Heftpunkts 20 dient dazu, die Bauteile 12, 14, welche insbesondere als Bleche ausgebildet sein können, relativ zueinander zu fixieren. Der Heftpunkt 20 wird bei dem anhand von 1 veranschaulichten Schweißverfahren unmittelbar neben der Spannrolle 18 ausgebildet, also in einem Bereich, in welchem die Spannrolle 18 die beiden Bauteile 12, 14 miteinander in Anlage bringt. Ein Laserstrahl 22 zum Ausbilden des Heftpunkts 20 ist in 1 schematisch dargestellt.
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Nachdem die Laserschweißeinrichtung 16 den Heftpunkt 20 hergestellt hat, bewegt sich die Spannrolle 18 weiter entlang der Bauteile 12, 14, und zwar gemeinsam mit der Laserschweißeinrichtung 16. Im Bereich des Heftpunkts 20 wird währenddessen eine Schweißnaht 24 ausgebildet, also während die Spannrolle 18 und die Laserschweißeinrichtung 16 weiterlaufen.
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Dies geschieht durch Auslenkung des Laserstrahls 22, also durch Verändern eines Winkels, unter welchem der Laserstrahl 22 auf das erste Bauteil 12 auftrifft. Die Laserschweißeinrichtung 16 weist nämlich eine Schweißoptik auf, welche zum Remote-Laserschweißen ausgebildet ist. Hierbei bleibt eine Ausrichtung des Laserstrahls 22 nicht starr, sondern durch Ablenkspiegel oder dergleichen kann der Laserstrahl 22 an unterschiedlichen Orten auf das erste Bauteil 12 auftreffen, ohne dass sich die Laserschweißeinrichtung 16 senkrecht über dem jeweiligen Ort zu befinden braucht. So lässt sich besonders einfach die Schweißnaht 24 ausbilden, während die Laserschweißeinrichtung 16 zusammen mit der Spannrolle 18 entlang der Bauteile 12, 14 weiterläuft. Das Auslenken des Laserstrahls 22 kann auch mittels eines Laserscannersystems bewerkstelligt werden.
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Aus 1 ist des Weiteren ersichtlich, dass nach dem Herstellen der Schweißnaht 24 mittels der Laserschweißeinrichtung 16 ein weiterer Heftpunkt 26 hergestellt werden kann, beispielsweise an der Stelle, an welcher sich dann die Spannrolle 18 befindet. Es wird also bei der Vorrichtung 10 zur Prozessoptimierung eine Heft-Schweiß-Strategie eingesetzt, bei welcher zunächst ein kurzer Heftpunkt 20, 26 geschweißt wird und anschließend die Scanneroptik oder dergleichen Schweißoptik der Laserschweißeinrichtung 16 die Schweißnaht 24 zu Ende schweißt, während die Spannrolle 18 weiterläuft.
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Etwa der 1 ist entnehmbar, dass die Laserschweißeinrichtung 16 wenigstens einen Sensor 28 aufweisen kann, mittels welchem sich ein Parameter beim Herstellen der Schweißnaht 24 erfassen lässt. Dies erlaubt es, die Qualität der Schweißnaht 24 zu beurteilen. Der wenigstens eine Sensor 28 dient nämlich der Aufnahme qualitätsrelevanter Kenngrößen und vereinfacht so die Qualitätssicherung.
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Bei dem anhand von 2 veranschaulichten Verfahren wird der Heftpunkt 26 nicht auf der Höhe der Spannrolle 18 ausgebildet, sondern im Bereich eines weiteren Spannelements, welches als Geometriespanner 30 ausgebildet ist. Der Heftpunkt 26 wird also ausgebildet, während die Spannrolle 18 den Geometriespanner 30 anfährt, sich also in Richtung des Geometriespanners 30 bewegt. Der Geometriespanner 30 dient der Herstellung einer bestimmten Geometrie eines die beiden Bauteile 12, 14 umfassenden Bauteilverbunds. Auch der Geometriespanner 30 sorgt jedoch dafür, dass in dem Bereich, in welchem der Heftpunkt 26 ausgebildet wird, die Bauteile 12, 14 aneinander anliegen. Während sich die Spannrolle 18 hin zum Geometriespanner 30 bewegt, wird an der Stelle des Heftpunkts 26 als weitere Schweißverbindung eine Schweißnaht 32 ausgebildet.
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Wenn die Spannrolle 18 die Stelle erreicht, an welcher zunächst der Heftpunkt 26 und dann die Schweißnaht 32 ausgebildet werden, wird bei dem anhand von 2 veranschaulichten Verfahren der Geometriespanner 30 von den Bauteilen 12, 14 entfernt. Wenn also die Spannrolle 18 den Bereich der Schweißnaht 32 überfährt, ist der Geometriespanner 30 von den zu verbindenden Werkstücken in Form der Bauteile 12, 14 wegbewegt.
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Bei der anhand von 3 veranschaulichten Vorgehensweise zum Fügen der Bauteile 12, 14 entspricht die Ausgangssituation der in 2 gezeigten. Auch hier wird also der Heftpunkt 26 während der Anfahrt in Richtung hin zum Geometriespanner 30 geschweißt. Jedoch wird hier während der Überfahrt der an der Stelle des Heftpunkts 26 ausgebildeten Schweißnaht 32 nicht der Geometriespanner 30 von den Bauteilen 12, 14 entfernt, sondern die Spannrolle 18. Während der Überfahrt des Bereichs, in welchem sich der Geometriespanner 30 befindet, wird also das mitlaufende Spannelement, nämlich die Spannrolle 18, von dem zu verbindenden Werkstücken wegbewegt. Dieses Entfernen der Spannrolle 18 von den Bauteilen 12, 14 ist in 3 durch einen Pfeil 34 veranschaulicht. Nach dem Überfahren des Bereichs, in welchem die Schweißnaht 32 ausgebildet wird, wird die Spannrolle 18 wieder auf das erste Bauteil 12 aufgesetzt.
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Bei der in 4 gezeigten Vorgehensweise beim Betrieb der Vorrichtung 10 ist die Ausgangssituation ebenso wie zu 2 und 3 beschreiben. Entsprechend wird der Heftpunkt 26 im Bereich des Geometriespanners 30 ausgebildet, bevor die Spannrolle 18 diese Stelle erreicht. Jedoch ist bei der in 4 gezeigten Vorrichtung der Geometriespanner 30 so gestaltet, dass er von der Spannrolle 18 überfahren werden kann. Beispielsweise kann der Geometriespanner 30 abgeschrägte oder abgerundete Kanten aufweisen. Es müssten also weder die Spannrolle 18 noch der Geometriespanner 30 vom Bauteilverbund entfernt werden. Vielmehr verbleibt der Geometriespanner 30 an den Bauteilen 12, 14 und die Spannrolle 18 wird mit dem Geometriespanner 30 in Anlage gebracht, wenn die Spannrolle 18 die Stelle erreicht, an welcher die Schweißnaht 32 ausgebildet wird.
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Hier ermöglicht es also beispielsweise das Abschrägen des Geometriespanners 30 oder eine Ausbildung desselben mit einer abgerundeten Oberfläche, dass der Geometriespanner von der mitlaufenden Spannrolle 18 überfahren wird.
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Bei dem anhand von 5 veranschaulichten Betrieb der Vorrichtung 10 wird analog zur mit Bezug auf 1 beschriebenen Vorgehensweise zunächst der Heftpunkt 20 im Bereich der Spannrolle 18 ausgebildet und anschließend an dieser Stelle die Schweißnaht 24, während die Spannrolle 18 weiterläuft. Jedoch werden hier die Bauteile 12, 14 mittels der Spannrolle 18 nicht vollständig miteinander in Anlage gebracht. Vielmehr wird eine Kraft, mit welcher die Spannrolle 18 gegen das erste Bauteil 12 drückt, derart eingestellt, dass zwischen den Bauteilen 12, 14 ein Spalt 36 ausgebildet wird. Eine Höhe des Spalts 36 zwischen den zu verbindenden Bauteilen 12, 14 kann durch Vorgeben oder Regeln der Andrückkraft der mitlaufenden Spannrolle 18 definiert eingestellt werden.
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Das Verfahren zum Fügen der Bauteile 12, 14 kann auch zum Einsatz kommen, wenn die Bauteile 12, 14 miteinander verklebt werden. Auch hier können einzelne Heftpunkte 20, 26 und/oder durchgehende Schweißnähte 24, 32 oder Lasernähte ausgebildet werden.
