DE102015101259A1 - Method and arrangement for joining components by means of laser welding - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserschweißverfahren sowie eine Anordnung zum Fügen eines auf einer Abstützung angeordneten ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei die Bauteile in ihrem zu verschweißenden Bereich mittels eines für die Laserstrahlung transparenten Elements druckbeaufschlagt werden. Um den Fügebereich definiert mit Druck zu beaufschlagen, wird vorgeschlagen, dass die Bauteile in einem von der Abstützung und dem Element in Form eines flexiblen Elements begrenzten Raum angeordnet werden und dass der Raum mit Unterdruck beaufschlagt wird derart, dass sich das flexible Element zumindest bereichsweise an die Außenkontur von zumindest dem dem Element zugewandten Bauteil anlegt.The invention relates to a laser welding method and to an arrangement for joining a support arranged on a first component with a second component, wherein the components are pressurized in their region to be welded by means of a transparent element for the laser radiation. In order to apply pressure to the joining region in a defined manner, it is proposed that the components are arranged in a space bounded by the support and the element in the form of a flexible element and that the space is subjected to negative pressure such that the flexible element at least partially abuts the outer contour of at least the element facing the component applies.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserschweißverfahren zum Fügen eines auf einer Abstützung angeordneten ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei die Bauteile in ihrem zu verschweißenden Bereich mittels eines für die Laserstrahlung transparenten Elements druckbeaufschlagt werden. The invention relates to a laser welding method for joining a first component arranged on a support to a second component, wherein the components are pressurized in their region to be welded by means of a transparent element for the laser radiation.

Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Anordnung zum Fügen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels Laserstrahlen umfassend eine Abstützung für die Bauteile und ein Element, über das die Bauteile zumindest im Fügebereich in Richtung der Abstützung druckbeaufschlagbar sind. The invention also relates to an arrangement for joining a first component to a second component by means of laser beams comprising a support for the components and an element, via which the components can be pressurized in the direction of the support at least in the joining region.

Um Kunststoffteile in überlappenden Bereichen zu verschweißen, kann das Laserdurchstrahlschweißen zur Anwendung gelangen. Hierzu ist es erforderlich, dass das der Laserstrahlenquelle zugewandte Bauteil laserstrahlentransparent ist. Transparent bedeutet dabei, dass Laserstrahlen das Bauteil durchdringen können, damit im Fügebereich zwischen dem ersten und zweiten Bauteil das Aufschmelzen und Fügen erfolgen kann. Hierzu muss das zweite Bauteil zumindest in dem Fügebereich laserstrahlenabsorbierend sein. Transparent schließt somit auch Materialien ein, die zum Teil die Laserstrahlen absorbieren. In order to weld plastic parts in overlapping areas, laser transmission welding can be used. For this purpose, it is necessary that the laser beam source facing component is laser beam transparent. Transparent means that laser beams can penetrate the component so that melting and joining can take place in the joining region between the first and second components. For this purpose, the second component must be laser-absorbing, at least in the joining region. Transparent also includes materials that partially absorb the laser beams.

Um entsprechende Schweißprozesse durchzuführen, ist es des Weiteren erforderlich, dass die Bauteile im oder um den Bereich, in dem ein Verschweißen erfolgen soll, druckbeaufschlagt werden. Hierzu ist es bekannt, das der Laserstrahlen zugewandte Bauteil mit einer Glasplatte abzudecken, über die die Druckbeaufschlagung erfolgt. Häufig gelingt es jedoch nicht oder nur schwer, den erforderlichen Druck in den Fügebereich einzuleiten, insbesondere dann, wenn das obere Bauteil eine komplexe Außenkontur im Bereich der aufliegenden Glasplatte aufweist. In order to carry out corresponding welding processes, it is furthermore necessary for the components to be pressurized in or around the area in which welding is to take place. For this purpose, it is known to cover the laser beam facing component with a glass plate over which the pressurization occurs. Often, however, it is difficult or impossible to introduce the required pressure into the joining region, in particular when the upper component has a complex outer contour in the region of the resting glass plate.

Auch besteht die Möglichkeit, mittels Klauen oder Pratzen die erforderliche Druckbeaufschlagung durchzuführen. Dabei ist es jedoch zwingend erforderlich, dass die entsprechenden den Druck erzeugenden Werkzeugteile in dem Bereich Aussparungen aufweisen, der von der Laserstrahlung zu durchsetzen ist. It is also possible to perform the required pressurization by means of claws or claws. However, it is imperative that the corresponding pressure-generating tool parts have recesses in the area which is to be penetrated by the laser radiation.

Unabhängig von der Art, wie der Druck aufgebaut wird, zeigt sich jedoch der Nachteil, dass in Bauteile, die eine dreidimensionale Außenkontur in ihrem der Laserstrahlung zugewandten Bereich aufweisen, der notwendige Druck nicht eingeleitet werden kann. Auch ist aufgrund der Kontur und der Druckeinleitung das Risiko gegeben, dass die Bauteile zueinander verschoben werden, so dass ein Verschweißen im gewünschten Bereich nicht zwingend erfolgt. Regardless of the way in which the pressure is built up, however, there is the disadvantage that in components which have a three-dimensional outer contour in their region facing the laser radiation, the necessary pressure can not be introduced. Also, due to the contour and the pressure introduction, there is the risk that the components will be displaced relative to one another, so that welding in the desired region is not compulsory.

Um Solarzellenmodule herzustellen, ist es bekannt, dass ein Modul auf eine integral eine Heizvorrichtung aufweisende Montageplatte positioniert wird, wobei das Modul auf der der Montageplatte abgewandten Seite von einer Membran kraftbeaufschlagt wird, die während des Laminierens einer Biegeverformung ausgesetzt wird ( DE 11 2011 102 313 T5 ). Die Membran geht dabei von einer Kammer aus, die zu einer die Montageplatte aufnehmende weiteren Kammer verstellbar ist. In order to produce solar cell modules, it is known that a module is positioned on a mounting plate having an integrally heating device, wherein the module is subjected to a force on the side facing away from the mounting plate by a membrane which is subjected to bending deformation during lamination ( DE 11 2011 102 313 T5 ). The membrane starts from a chamber which is adjustable to a further chamber receiving the mounting plate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Maßnahmen sowohl eine gewünschte Druckbeaufschlagung des Bereichs erfolgt, der gefügt werden soll, als auch sichergestellt werden kann, dass die Bauteile zueinander nicht verschoben werden. Object of the present invention is to provide a method and an arrangement of the type mentioned in such a way that with simple design measures both a desired pressurization of the area is to be joined, as well as it can be ensured that the components are not moved to each other ,

Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig im Wesentlichen vorgeschlagen, dass die Bauteile in einem von der Abstützung und dem Element in Form eines flexiblen Elements begrenzten Raum angeordnet werden und dass der Raum mit Unterdruck beaufschlagt wird derart, dass sich das flexible Element zumindest bereichsweise an Außenkontur von zumindest dem dem Element zugewandten Bauteil anlegt. To solve the problem is procedurally proposed in essence that the components are arranged in a space bounded by the support and the element in the form of a flexible element and that the space is subjected to negative pressure such that the flexible element at least partially on the outer contour of at least the element facing the component applies.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt ein Fixieren der Bauteile und Positionieren zueinander dadurch, dass die Bauelemente während des Schweißens in einem Raum angeordnet werden, der einerseits von der Abstützung und andererseits von dem flexiblen Element begrenzt wird, bei dem es sich insbesondere um eine Folie handelt, das bzw. die sicherstellt, dass beim Evakuieren des Raums ein zumindest bereichsweises Anlegen an der bzw. den Außenkonturen erfolgt, die dem flexiblen Element, also insbesondere der Folie zugewandt sind. Hierdurch bedingt erfolgt nicht nur eine eindeutige Positionierung der Bauteile zueinander, sondern gleichzeitig wird der erforderliche Druck in den Bereich eingeleitet, der verschweißt werden soll. On the basis of the teaching according to the invention, the components are fixed and positioned relative to one another by arranging the components during welding in a space bounded on one side by the support and on the other hand by the flexible element, which is in particular a foil. the one or more ensures that when evacuating the space an at least partially applying to the or the outer contours takes place, which are facing the flexible element, ie in particular the film. As a result, not only a clear positioning of the components takes place to one another, but at the same time the required pressure is introduced into the area to be welded.

Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass beim Plastifizieren aufgrund der einwirkenden Laserstrahlung der ausreichende thermische Kontakt herrscht, um die Fügepartner, also die Bauteile zu verbinden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Bauteile in ihren zu verschweißenden Bereichen sich überlappen, so dass ein Laserdurchstrahlschweißprozess erfolgt. By this measure it is ensured that during plasticizing due to the applied laser radiation, the sufficient thermal contact prevails in order to connect the joining partners, ie the components. It is provided in particular that the components overlap in their regions to be welded, so that a laser transmission welding process takes place.

Damit bei überlappenden Bauteilen, also Fügepartnern, das Plastifizieren im Fügebereich im erforderlichen Umfang erfolgen kann, muss das der Laserstrahlung zugewandte Bauteil für Laserstrahlen transparent sein. Transparent bedeutet dabei, dass zumindest ein Teil der Laserstrahlung das Bauteil durchsetzen kann. Dabei sollte das von der Laserstrahlung bis zum Fügebereich zu durchsetzende Bauteil einen Transmissionsgrad von zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 50 %, aufweisen. Insoweit ist der Begriff „transparent“ zu verstehen. So that in the case of overlapping components, ie joining partners, plasticizing in the joining area can take place to the required extent, the component facing the laser radiation must be transparent to laser beams. Transparent means that at least a part of the laser radiation can pass through the component. In this case, the component to be penetrated by the laser radiation up to the joining region should have a transmittance of at least 20%, preferably at least 50%. In that regard, the term "transparent" to understand.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die das flexible Element bildende Folie aus einem Material aus der Gruppe Silikon, Polyethylenterephthalat besteht oder dieses enthält. In particular, it is provided that the film forming the flexible element consists of or contains a material from the group silicone, polyethylene terephthalate.

Die Folie sollte dabei eine Stärke D von 0,5 mm ≤ D ≤ 3 mm haben. The film should have a thickness D of 0.5 mm ≤ D ≤ 3 mm.

Ein weiteres Charakteristikum der Folie sollte sein, dass diese eine hinreichende Wärmebeständigkeit aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine Wärmebeständigkeit bis zumindest 240 °C, insbesondere bis zumindest 260 °C erreicht wird. Another characteristic of the film should be that it has a sufficient heat resistance, wherein it is provided in particular that a heat resistance up to at least 240 ° C, in particular up to at least 260 ° C is achieved.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Element ein flexibles Element ist und dass das flexible Element und die Abstützung einen Raum begrenzen, der mit Unterdruck derart beaufschlagt wird, dass sich das flexible Element zumindest bereichsweise an Außenkontur von zumindest dem dem flexiblen Element zugewandten Bauteil anlegt. An arrangement of the type mentioned above is characterized in that the element is a flexible element and that the flexible element and the support limit a space which is acted upon by negative pressure such that the flexible element at least partially to outer contour of at least the applies flexible component facing component.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Abstützungen Absaugöffnungen aufweisen, über die der Raum evakuierbar ist. Somit ist auf einfache Weise der Zwischenraum zwischen dem flexiblen Element und der Abstützung evakuierbar, um den erforderlichen Unterdruck aufzubauen, damit sich das flexible Element um die Außenkontur des dem flexiblen Element zugewandten Bauelementes bzw. der Bauelemente anpassen und an dieser anliegen kann, um zum einen den erforderlichen Fügedruck zu gewährleisten, gleichzeitig eine Unverrückbarkeit der Bauteile zueinander sicherzustellen, so dass hochpräzise und reproduzierbar Fügeprozesse durchführbar sind. It is particularly provided that the supports have suction openings through which the space is evacuated. Thus, in a simple manner, the intermediate space between the flexible element and the support can be evacuated in order to build up the required negative pressure, so that the flexible element can adapt to the outer contour of the component facing the flexible element or the components and abut it, for a To ensure the necessary joining pressure, at the same time ensure an immovability of the components to each other, so that high-precision and reproducible joining processes are feasible.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das flexible Element eine Folie ist, die insbesondere aus einem Material aus der Gruppe Silikon, Polyethylenterephthalat besteht oder dieses enthält, wobei die Folie eine Stärke D mit 0,5 mm ≤ D ≤ 3 mm aufweisen sollte. In particular, it is provided that the flexible element is a film, which consists in particular of a material from the group of silicone, polyethylene terephthalate or this, wherein the film should have a thickness D of 0.5 mm ≤ D ≤ 3 mm.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, und/oder das erste Bauteil aus mit zumindest einem Laserstrahlen absorbierenden Additiv, insbesondere Ruß, versetztem Kunststoff, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, besteht. Preferably, it is provided that the second component made of plastic, in particular fiber-reinforced plastic, and / or the first component consists of at least one laser-absorbing additive, in particular carbon black, added plastic, preferably fiber-reinforced plastic.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels. Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of a drawing to be taken preferred embodiment.

Es zeigen: Show it:

1 eine Draufsicht auf eine Anordnung zum Laserdurchstrahlungs-schweißen, 1 a top view of an arrangement for laser transmission welding,

2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1, 2 a section along the line AA in 1 .

3 in vergrößerter Darstellung ein mit „B“ gekennzeichneter Bereich der 2 und 3 in an enlarged view a marked "B" area of 2 and

4 die Anordnung gemäß 1 in perspektivischer Darstellung. 4 the arrangement according to 1 in perspective view.

In den Figuren ist eine Anordnung 10 dargestellt, mittels der ein erstes Bauteil 14 mit einem zweiten Bauteil 12 durch Laserdurchstrahlungsschweißen verbunden wird. Hierzu ist eine Laserstrahlenquelle erforderlich, von der der Laserstrahl 16 prinzipiell angedeutet ist. Laserstrahlenquelle mit der Anordnung 10 bilden somit eine Anlage zum Fügen der Bauteile 12 und 14. In the figures is an arrangement 10 represented by means of a first component 14 with a second component 12 is connected by laser transmission welding. For this purpose, a laser beam source is required, from which the laser beam 16 is indicated in principle. Laser beam source with the arrangement 10 thus form a plant for joining the components 12 and 14 ,

Die Bauteile 12 und 14 sollen in einem Bereich 18 gefügt werden, in dem aufgrund der Laserstrahlung ein Aufschmelzen der Bauteile 14, 12 erfolgen soll, und zwar ausgehend von dem unteren Bauteil 14, das zumindest in dem Bereich 18, vorzugsweise insgesamt laserstrahlenabsorbierend ist. Hierzu kann das aus Kunststoff bestehende Bauteil entsprechende Additive wie Ruß enthalten. Auch kann der Kunststoff faser- wie glasfaserverstärkt sein. The components 12 and 14 should be in one area 18 be joined, in which due to the laser radiation melting of the components 14 . 12 should take place, starting from the lower component 14 that at least in the field 18 , preferably a total of laser radiation absorbing. For this purpose, the plastic component may contain corresponding additives such as carbon black. Also, the plastic fiber and glass fiber reinforced.

Demgegenüber ist das in der zeichnerischen Darstellung obere oder zweite Bauteil 12 für Laserstrahlen transparent. Transparent bedeutet dabei, dass ein Transmissionsgrad für Laserstrahlung von zumindest 20 %, vorzugsweise 50 %, gegeben ist. Mit anderen Worten muss das ebenfalls aus Kunststoff, ggf. glasfaserverstärktem Kunststoff bestehende obere oder zweite Bauteil 12 in einem Umfang Laserstrahlen durchlassen, dass der Fügebereich 18 aufgeschmolzen wird, dass also die Laserstrahlung im oberflächennahen Bereich des unteren oder ersten Bauteils 14 in Wärme umgewandelt wird, so dass Material schmilzt und somit die Bauteile 12 und 14 miteinander verbunden werden. In contrast, in the drawing representation, the upper or second component 12 transparent to laser beams. Transparent means that a transmittance for laser radiation of at least 20%, preferably 50%, is given. In other words, must also made of plastic, possibly glass fiber reinforced plastic existing upper or second component 12 to an extent laser beams let through that the joining area 18 is melted so that the laser radiation in the near-surface region of the lower or first component 14 is converted into heat, so that material melts and thus the components 12 and 14 be connected to each other.

Um die Fügepartner, also die Bauteile 12, 14 durch Wärmeleitung plastifizieren zu können, muss ein ausreichender thermischer Kontakt gewährleistet sein. Hierzu ist es erforderlich, dass die Bauteile 12, 14 in dem zu fügenden Bereich druckbeaufschlagt werden. Um die diesbezüglichen Maßnahmen zu realisieren, werden die Bauteile 12, 14 auf einen als Abstützung zu bezeichnenden Träger 20 angeordnet. Die Bauteile 12, 14 werden sodann von einer Folie 22 abgedeckt, die gleichfalls für Laserstrahlen transparent ist. Die Folie kann aus Silikon oder Polyethylenterephthalatbestehen. Andere geeignete für Laserstrahlen durchlässige Materialien kommen gleichfalls in Frage. Weitere Voraussetzungen für das verwendete Material ist, dass eine hinreichende Wärmebeständigkeit besteht. Insbesondere sollte die Folie 22 eine Wärmebeständigkeit von zumindest 240 °C, vorzugsweise zumindest 260 °C, aufweisen. To the joining partners, ie the components 12 . 14 must be able to be plasticized by heat conduction, a sufficient thermal contact must be ensured. For this it is necessary that the components 12 . 14 pressurized in the area to be joined become. In order to realize the relevant measures, the components 12 . 14 on a support to be designated as a support 20 arranged. The components 12 . 14 are then from a slide 22 covered, which is also transparent to laser beams. The film may be silicone or polyethylene terephthalate. Other suitable laser-transparent materials are also suitable. Further prerequisites for the material used is that a sufficient heat resistance exists. In particular, the film should 22 have a heat resistance of at least 240 ° C, preferably at least 260 ° C.

Erwähntermaßen wird die Folie 20 über die Bauteile 12, 14 und entlang der Oberfläche 24 der Abstützung 20 gelegt, um sodann über Öffnungen 26, die von der Oberfläche 24 des Trägers 20 ausgehen, den Zwischenraum 25 zwischen der Folie 22 und der Oberfläche 24 des Trägers 20 zu evakuieren. Infolgedessen legt sich die Folie 22 um die Bauteile 12, 14 in ihrem der Folie 22 zugewandten Bereichen, d. h. die Folie 22 passt sich an die Außenkonturen der der Folie 22 zugewandten Bereiche an, wobei in Abhängigkeit von dem in dem zwischen der Folie 22 und dem Träger 20 verlaufenden Raum 25 herrschenden Unterdruck der erforderliche Druck auf das obere oder zweite Bauteil 12 in Richtung des unteren oder ersten Bauteils 14 erzeugt wird. Somit ist im Fügebereich 18 die erforderliche Druckbeaufschlagung gewährleistet, um den notwendigen thermischen Kontakt zwischen den Bauteilen 12, 14 sicherzustellen, damit ein ordnungsgemäßes und reproduzierbares Fügen bei Beaufschlagung mit der Laserstrahlung 16 erfolgen kann. Gleichzeitig stellt die Folie 22 sicher, dass die Bauteile 12, 14 gegeneinander nicht verrutschen können, so dass eine eindeutige Positionierung erfolgt. Mentioned is the film 20 about the components 12 . 14 and along the surface 24 the support 20 then placed over openings 26 that from the surface 24 of the carrier 20 go out, the gap 25 between the slide 22 and the surface 24 of the carrier 20 to evacuate. As a result, the film settles 22 around the components 12 . 14 in her the slide 22 facing areas, ie the film 22 Adapts to the outer contours of the film 22 facing areas, depending on the in between the film 22 and the carrier 20 running room 25 prevailing negative pressure of the required pressure on the upper or second component 12 in the direction of the lower or first component 14 is produced. Thus, in the joining area 18 the required pressurization ensures the necessary thermal contact between the components 12 . 14 to ensure a proper and reproducible joining when exposed to laser radiation 16 can be done. At the same time, the film presents 22 sure the components 12 . 14 can not slip against each other, so that a clear positioning takes place.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre können die Bauteile 12, 14 im gewünschten Umfang druckbeaufschlagt werden, so dass auch dünne Bauteile miteinander verschweißt werden können, ohne dass die Gefahr eines Verformens erfolgt; denn erwähntermaßen ist der Unterdruck in dem Zwischenraum 15 zwischen der Folie 22 und dem Träger 20 im erforderlichen Umfang einstellbar. Due to the teaching of the invention, the components 12 . 14 be pressurized to the desired extent, so that even thin components can be welded together without the risk of deformation takes place; because, as mentioned, the negative pressure in the gap 15 between the slide 22 and the carrier 20 adjustable to the required extent.

Die Folie 22 sollte insbesondere eine Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm aufweisen, gleichwenn hierdurch eine Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre nicht erfolgt. The foil 22 should in particular have a thickness of between 0.5 mm and 3 mm, even if this does not restrict the teaching according to the invention.

Die Folie 22 sollte erwähntermaßen für Laserstrahlen im zuvor aufgezeigten Sinne transparent sein und die erforderliche Wärmebeständigkeit aufweisen. The foil 22 should, as mentioned, be transparent to laser beams in the sense indicated above and have the required heat resistance.

Auch sollte die Folie 22 in einem Umfang flexibel sein, dass eine Anpassung an die Außenkontur zumindest des oberen Bauteils 12 erfolgt, wobei Vertiefungen oder Ähnliches, die von der Oberfläche ausgehen, nicht ausgefüllt sein müssen. Vielmehr muss sich die Folie 22 im Wesentlichen an die ebenen Flächen der Außenkontur des oberen Teils 22 anlegen lassen. Aber auch ein Anlegen an Bereiche der Außenkontur des unteren Bauteils 14 erfolgt, wie sich aus der zeichnerischen Darstellung prinzipiell erkennen lässt. Also, the slide should 22 be flexible to an extent that an adaptation to the outer contour of at least the upper component 12 takes place, with depressions or the like emanating from the surface need not be filled. Rather, the film has to be 22 essentially to the flat surfaces of the outer contour of the upper part 22 let create. But also an application to areas of the outer contour of the lower component 14 takes place, as can be seen in principle from the graphic representation.

Ist die erfindungsgemäße Lehre anhand des Verschweißens von aus Kunststoff bestehenden oder Kunststoff enthaltenden Bauteilen in ihren überlappenden Bereichen, also im Schweißbereich 18 erläutert worden, so besteht auch die Möglichkeit, dass nebeneinander geordnete Bauteile an ihrer Stoßstelle entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre verschweißt werden. Is the teaching of the invention based on the welding of existing plastic or plastic-containing components in their overlapping areas, ie in the welding area 18 has been explained, it is also possible that juxtaposed components are welded at their joint according to the teaching of the invention.

Um die erforderliche Laserstrahlung zu erzeugen, kann z. B. ein Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 940 nm und einer mittleren geregelten Leistung von 500 W benutzt werden. To generate the required laser radiation, z. B. a diode laser with a wavelength of 940 nm and a mean regulated power of 500 W are used.

Wichtig ist, dass das obere Teil 12 zu einem hohen Anteil von der Laserstrahlung durchstrahlt wird, so dass die restliche Energie in der Fügezone, also im Bereich 26 des laserabsorbierenden Partners, also im unteren Teil 14 in oberflächennahe Wärme umgewandelt wird, bis ein Schmelzen erfolgt und die Bauteile 12, 14 miteinander sich verbinden. It is important that the upper part 12 is irradiated to a high proportion of the laser radiation, so that the remaining energy in the joint zone, ie in the area 26 of the laser-absorbing partner, ie in the lower part 14 is converted into near-surface heat until it melts and the components 12 . 14 connect with each other.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich erwähntermaßen auch Kunststoffe mit hohen Fasergehalten und Materialstärken bei geringen Transmissionsgraden von z. B. Minimum 20 % mit hohen Festigkeiten von ca. 25 N/mm2 fügen. With the method according to the invention can be mentioned also plastics with high fiber contents and material thicknesses at low levels of transmission of z. B. Add 20% minimum with high strengths of approx. 25 N / mm 2 .

Schweißbereich bedeutet dabei, dass auch Schweißnähte hergestellt werden können. Hierzu wird der Laserstrahl mit einer entsprechenden Optik in einem Linienfokus abgebildet, wobei z. B. Spotabmessungen von 1 × 102 mm zur Anwendung gelangen. Die Laserstrahlquelle kann sodann mittels einer Handhabungseinrichtung wie Roboter entlang der zu erzeugenden Schweißnaht geführt werden. Welding area means that welds can be made. For this purpose, the laser beam is imaged with a corresponding optics in a line focus, wherein z. B. Spot dimensions of 1 × 10 2 mm apply. The laser beam source can then be guided by means of a handling device such as robots along the weld to be generated.

Dabei kann der Träger 20 als Dreh-Kipptisch ausgebildet sein, damit alle Positionen der herzustellenden Schweißnaht von dem Roboter und somit der Laserstrahlenquelle angesteuert werden können. In this case, the carrier 20 be designed as a rotary tilting table, so that all positions of the weld to be produced by the robot and thus the laser beam source can be controlled.

Die Laserleistung kann während des Schweißprozesses durch ein Pyrometer geregelt werden, um eine Zersetzung der Folie 22 zu verhindern. Die Folie 22 selbst kann für aufeinander folgende Schweißprozesse von zu fügenden Bauteilen wiederverwendet werden. The laser power can be controlled during the welding process by a pyrometer to decompose the film 22 to prevent. The foil 22 itself can be reused for successive welding processes of components to be joined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 112011102313 T5 [0007] DE 112011102313 T5 [0007]

Claims (10)

Laserschweißverfahren zum Fügen eines auf einer Abstützung angeordneten ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei die Bauteile in ihrem zu verschweißenden Bereich mittels eines für die Laserstrahlung transparenten Elements druckbeaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile in einem von der Abstützung und dem Element in Form eines flexiblen Elements begrenzten Raum angeordnet werden und dass der Raum mit Unterdruck beaufschlagt wird derart, dass sich das flexible Element zumindest bereichsweise an eine bzw. die Außenkontur von zumindest dem dem Element zugewandten Bauteil anlegt. Laser welding method for joining a first component arranged on a support to a second component, wherein the components are pressurized in their region to be welded by means of a transparent to the laser radiation element, characterized in that the components in one of the support and the element in the form of a be arranged flexible space limited space and that the space is subjected to negative pressure such that the flexible element at least partially applied to one or the outer contour of at least the element facing the component. Laserschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als flexibles Element eine Folie verwendet wird, die insbesondere aus einem Material aus der Gruppe Silikon, Polyethylenterephthalat besteht oder dieses enthält. Laser welding method according to claim 1, characterized in that a foil is used as the flexible element, which consists in particular of a material from the group of silicone, polyethylene terephthalate or this contains. Laserschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Folie eine solche mit einer Stärke D verwendet wird, wobei 0,5 mm ≤ D ≤ 3 mm ist. Laser welding method according to claim 1 or 2, characterized in that is used as a film having a thickness D, wherein 0.5 mm ≤ D ≤ 3 mm. Laserschweißverfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauteil übereinander angeordnet und in einem von dem zweiten Bauteil abgedeckten Bereich verschweißt werden, wobei das der Laserquelle zugewandte zweite Bauteil laserstrahlendurchlässig und das erste Bauteil zumindest in dem zu verschweißenden Bereich laserstrahlenabsorbierend ist. Laser welding method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second component are arranged one above the other and welded in an area covered by the second component region, wherein the laser source facing the second component laserstrahldurchlässig and the first component at least in the region to be welded is laser absorbing. Anordnung (10) zum Fügen eines ersten Bauteils (14) mit einem zweiten Bauteil (12) mittels Laserstrahlen (16), umfassend eine Abstützung (20) für die Bauteile und ein Element (22), über das die Bauteile zumindest im Fügebereich (18) in Richtung der Abstützung druckbeaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) ein flexibles Element ist, und dass das flexible Element und die Abstützung (20) einen Raum (25) begrenzen, der mit Unterdruck derart beaufschlagt wird, dass sich das flexible Element zumindest bereichsweise an Außenkontur von zumindest dem dem flexiblen Element zugewandten Bauteil (12, 14) anlegt. Arrangement ( 10 ) for joining a first component ( 14 ) with a second component ( 12 ) by means of laser beams ( 16 ), comprising a support ( 20 ) for the components and an element ( 22 ), over which the components at least in the joint area ( 18 ) are pressurizable in the direction of the support, characterized in that the element ( 22 ) is a flexible element, and that the flexible element and the support ( 20 ) a room ( 25 ), which is subjected to negative pressure in such a way that the flexible element is at least partially in contact with the outer contour of at least the component facing the flexible element ( 12 . 14 ) applies. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (22) eine Folie ist, die insbesondere aus einem Material aus der Gruppe Silikon, Polyethylenterephthalat besteht oder dieses enthält. Arrangement according to claim 5, characterized in that the flexible element ( 22 ) is a film which consists in particular of a material from the group of silicone, polyethylene terephthalate or contains this. Anordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Stärke D mit 0,5 mm ≤ D ≤ 3 mm aufweist. Arrangement according to at least claim 5, characterized in that the film has a thickness D of 0.5 mm ≤ D ≤ 3 mm. Anordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei übereinander angeordnetem ersten und zweiten Bauteil (12, 14) das der Laserstrahlenquelle zugewandte zweite Bauteil (12) aus einem für die Laserstrahlung transparentem Material und dass das erste Bauteil (14) zumindest im zu fügenden Bereich (18) aus einem Laserstrahlen absorbierenden Material besteht. Arrangement according to at least Claim 5, characterized in that when the first and second components are arranged one above the other ( 12 . 14 ) the second component facing the laser beam source ( 12 ) made of a transparent material for the laser radiation and that the first component ( 14 ) at least in the area to be joined ( 18 ) consists of a laser-absorbing material. Anordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (12) aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, und/oder das erste Bauteil (14) aus mit zumindest einem laserstrahlenabsorbierenden Additiv, insbesondere Ruß, versetztem Kunststoff, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, besteht. Arrangement according to at least claim 5, characterized in that the second component ( 12 ) made of plastic, in particular fiber-reinforced plastic, and / or the first component ( 14 ) consists of at least one laser-absorbing additive, in particular carbon black, added plastic, preferably fiber-reinforced plastic. Anordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (20) Absaugöffnungen (26) aufweisen, über die der Raum (25) evakuierbar ist. Arrangement according to at least claim 5, characterized in that the support ( 20 ) Suction openings ( 26 ) over which the space ( 25 ) is evacuable.
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