DE102015115183A1 - Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung (48), insbesondere einer Schweißverbindung, bei dem ein erster Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und ein zweiter Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) bereitgestellt werden, eine Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) am ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und/oder am zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) im Bereich der vorgesehenen Fügeverbindung (48) hergestellt wird, und ein Stoß (55) des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) mit dem zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) verdeckt gefügt wird. Um ein verdecktes Fügen eines Stoßes (55) von zwei Verbindungspartnern (15, 37, 43, 57; 16, 38, 44, 58) zu verbessern und/oder zu erleichtern, wird während des verdeckten Fügens eine Lage des Stoßes (55) und/oder eine Bahn (53) einer Fügenaht (54) mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (52) überwacht und/oder ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung, insbesondere einer Schweißverbindung, bei dem ein erster Verbindungspartner und ein zweiter Verbindungspartner bereitgestellt werden, bei dem eine Materialverdickung am ersten Verbindungspartner und/oder am zweiten Verbindungspartner im Bereich der vorgesehenen Fügeverbindung hergestellt wird, und bei dem ein Stoß des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner verdeckt gefügt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Ein derartiges Verfahren ist der Anmelderin aufgrund eigener Entwicklungstätigkeiten bekannt, wie dies in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2014 009 737.4 beschrieben ist.
  • Beim Fügen und/oder Schweißen von verdeckten Stößen, insbesondere von verdeckten T-Stößen, Eckstößen und/oder Überlappstößen, ist von Nachteil, dass eine hohe Positioniergenauigkeit der beiden Verbindungspartner zueinander notwendig ist. Auch eine Bahn eines Fügekopfes und/oder Schweißkopfes muss sehr genau in Bezug zum Stoß der beiden Verbindungspartner ausgerichtet werden. Lediglich bei einer hinreichenden Ausrichtung der beiden Verbindungspartner und/oder der Bahn des Fügekopfes ist eine akzeptable Schweißnahtqualität erreichbar. Bei einer nicht ausreichenden Positionierungsgenauigkeit besteht die Gefahr eine mangelnden Anbindung und/oder von Durchschweißungen, insbesondere wenn der Bereich des Stoßes der beiden Verbindungspartner nicht getroffen wird. Der hohe Aufwand führt dazu, dass ein verdecktes Fügen von Stoßverbindungen in der Praxis kaum angewendet wird.
  • Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein verdecktes Fügen eines Stoßes von zwei Verbindungspartnern verbessert und/oder erleichtert ist.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei während des verdeckten Fügens eine Lage des Stoßes und/oder eine Bahn einer Fügenaht mittels mindestens einer Sensoreinrichtung überwacht und/oder ermittelt wird.
  • Hierbei ist von Vorteil, dass aufgrund der Verwendung der Sensoreinrichtung zur Überwachung der Lages des Stoßes und/oder der Bahn der Fügenaht die Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit reduzierbar sind. Insbesondere ermöglicht die Sensoreinrichtung eine Steuerung, Regelung und/oder Nachjustierung der Bahn der Fügenaht während des Fügens. Somit kann eine hinreichende Schweißqualität realisiert werden. Insbesondere ist ein Fügebereich mittels der Sensoreinrichtung überwachbar. Vorzugsweise kann innerhalb des Fügebereiches ein Fügen der beiden Verbindungspartner im Bereich des Stoßes erfolgen, während außerhalb des Fügebereiches keine Fügeverbindung zwischen den beiden Verbindungspartner herstellbar ist. Insbesondere kommt es außerhalb des Fügebereiches zu Durchschweißungen. Vorzugsweise ist unter dem Stoß der Bereich zu verstehen, in dem der erste Verbindungspartner an dem zweiten Verbindungspartner zum Herstellen der Fügeverbindung anliegt. Insbesondere ist der Stoß durch einen Kontaktbereich des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner definiert. Aufgrund der vorgesehenen Materialverdickung im Bereich der Fügeverbindung kann ein Fügebereich vergrößert werden. Insbesondere ist eine Breite des Fügebereiches und/oder des Stoßes aufgrund der Materialverdickung vergrößert. Hierdurch kann zugleich ein Toleranzbereich für die Bahn der Fügenaht vergrößert werden. Somit ist das Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung erleichtert. Des Weiteren kann die Fügeverbindung aufgrund der Materialverdickung und/oder der größeren Breite verstärkt sein. Insbesondere wird mittels der Sensoreinrichtung die Position und/oder die Lage des Stoßes detektiert. Die Fügeverbindung kann als eine Schweißverbindung und/oder die Fügenaht als eine Schweißnaht ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Bahn der Fügenaht mittels einer Steuerung gesteuert. Insbesondere während des Fügens ist die Bahn der Fügenaht veränderbar. Die Steuerung kann die mindestens eine Sensoreinrichtung aufweisen. Insbesondere weist die Sensoreinrichtung einen Sensor auf oder ist als ein Sensor ausgebildet. Vorzugsweise wird die Bahn der Fügenaht mit der Steuerung und unter Berücksichtigung der Überwachung der Bahn mittels der Sensoreinrichtung gesteuert und/oder korrigiert. Somit kann die Steuerung aufgrund der Überwachung und/oder der Auswertung von Daten der Sensoreinrichtung eine Richtungsänderung für die Bahn der Fügenaht veranlassen. Die Bahn der Fügenaht kann mittels Daten der Steuerung ermittelt und/oder berechnet werden. Insbesondere wird mittels Daten der Sensoreinrichtung ein Mittelpunkt und/oder eine Mittellinie für die Bahn der Fügenaht in Bezug auf den Stoß des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner berechnet. Vorzugsweise liegt der Mittelpunkt und/oder die Mittellinie in der Mitte der Dicke des ersten Verbindungspartners oder des zweiten Verbindungspartners, insbesondere im Bereich des Stoßes. Der erste Verbindungspartner kann als ein Stegblech und der zweite Verbindungspartner als ein Gurtblech ausgebildet sein. Insbesondere ist der Mittelpunkt und/oder die Mittellinie in einer Mittenebene des Stegbleches.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird die Sensoreinrichtung in einem Bereich der den Stoß verdeckenden Seite des ersten Verbindungspartner oder des zweiten Verbindungspartners angeordnet. Insbesondere wird die Sensoreinrichtung im Bereich der Seite des den Stoß verdeckenden Gurtbleches angeordnet. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung von der den Stoß verdeckenden Seite des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartner beabstandet. Die Sensoreinrichtung kann bewegbar und/oder steuerbar sein. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung benachbart zu einem Fügekopf und/oder Schweißkopf angeordnet. Die Sensoreinrichtung kann zusammen mit dem Fügekopf und/oder Schweißkopf bewegbar sein. Die Sensoreinrichtung kann der verdeckenden Seite und/oder der Fügenaht zugewandt ausgerichtet werden. Vorzugsweise wird die Sensoreinrichtung in Richtung der verdeckenden Seite und/oder der Fügenaht ausgerichtet. Somit ist vermeidbar, dass die Sensoreinrichtung direkt auf den Bereich des Stoßes und/oder im Bereich des Stegbleches angeordnet werden muss. Stattdessen kann die Sensoreinrichtung auf die verdeckende Seite und/oder auf die Fügenaht blicken. Hierdurch kann ein Stoß auf kontrollierbare und/oder überwachbare Weise verdeckt gefügt werden, der direkt nicht oder nur schwer zugänglich ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform wird mittels der Sensoreinrichtung ein Austreten der Bahn und/oder der Fügenaht aus einem vorgegebenen Fügebereich detektiert. Insbesondere überwacht die Sensoreinrichtung die Bahn der Fügenaht somit insoweit, als dass ein Austreten der Bahn aus dem Fügebereich und/oder ein Verlauf der Bahn innerhalb des Fügebereiches detektiert wird. Der Fügebereich kann durch die Länge, Dicke und/oder Breite des Stoßes, insbesondere des Kontaktbereiches des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner, vorgegeben sein. Insbesondere entspricht eine Breite des Fügebereichs mindestens der Dicke des ersten Verbindungspartner und/oder des zweiten Verbindungspartners mit oder ohne Materialverdickung. Vorzugsweise wird der Fügebereich, der Stoß und/oder der Kontaktbereich aufgrund der Gestalt der Materialverdickung bestimmt und/oder definiert. Die Fügeverbindung im Fügebereich kann als ein Teilanschluss oder als ein Vollanschluss ausgebildet sein. Vorzugsweise wird ein Vollanschluss, insbesondere in Bezug auf die Dicke des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners mit oder ohne Materialverdickung, des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner im Bereich des Stoßes hergestellt.
  • Die Sensoreinrichtung kann zum Detektieren einer Durchschweißung ausgebildet sein. Somit kann mittels einer Detektion einer Durchschweißung ein Verlassen des Fügebereiches erkannt werden. Vorzugsweise wird aufgrund der Detektion einer Durschweißung die Richtung der Bahn der Fügenaht korrigiert und/oder geändert. Insbesondere wird mit der Sensoreinrichtung eine Schweißtiefe gemessen. Vorzugsweise wird eine Durchschweißung detektiert, wenn keine Schweißtiefe messbar ist. Insbesondere ist die Schweißtiefe eine Einschweißtiefe und/oder eine Eindringtiefe eines Wärmequellenstrahls, vorzugsweise eines Laserstrahls, in den Fügebereich. Die Eindringtiefe kann als die axiale Ausdehnung einer Dampfkapillare definiert sein, die von dem Wärmequellenstrahl und/oder Laserstrahl in dem Material erzeugt wird. Die Schweißtiefe und/oder Eindringtiefe kann auf einen vorgebbaren Wert eingestellt und/oder verändert werden. Vorzugsweise ist die Schweißtiefe und/oder die Eindringtiefe beim verdeckten Fügen eines Stoßes größer als die Dicke des verdeckenden Verbindungspartners, insbesondere des Gurtbleches. Verlässt die Bahn der Fügenaht den Fügebereich und/oder den Stoß kann dies daher zu einer Durchschweißung führen. Vorzugsweise wird der Mittelpunkt und/oder die Mittellinie des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners, insbesondere des Stegbleches, aufgrund von mindestens zwei detektierten Durchschweißungen auf voneinander abgewandten Seiten des Fügebereiches berechnet. Die Bahn der Fügenaht kann in Abhängigkeit von dem ermittelten Mittelpunkt und/oder der ermittelten Mittellinie berechnet und/oder ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung als ein optischer Kohärenztomograph ausgebildet. Alternativ kann die Sensoreinrichtung ein akustisches, optisches oder thermograpisches Verfahren nutzen. Die Sensoreinrichtung kann eine Wärmebildkamera und/oder mindestens eine Photodiode aufweisen. Das Fügen kann als ein Tiefschweißverfahren ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird bei einer Detektion einer Durchschweißung die Bahn der Fügenaht korrigiert und/oder geändert. Insbesondere wird bei einer Detektion einer Durchschweißung auf einer ersten Seite eines Fügebereiches die Bahn der Fügenaht mit einer Richtungskomponente in Richtung einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Fügebereiches korrigiert und/oder geändert. Die erste Seite und die zweite Seite des Fügebereiches können mindestens im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Insbesondere sind die erste Seite und/oder die zweite Seite des Fügebereiches parallel zum Längsverlauf des Stoßes und/oder zum Rand des Stegbleches ausgerichtet. Vorzugsweise ergibt sich eine Bahn der Fügenaht in der Gestalt von mindestens einer Schwingung und/oder mehreren Schwingungen. Die mindestens eine Schwingung kann als eine Dreieckschwingung oder die mehreren Schwingungen als Dreieckschwingungen ausgebildet sein. Insbesondere ist mittels einer Bahn der Fügenaht innerhalb des Fügebereiches in der Form einer Dreieckschwingung oder von mehreren Dreieckschwingungen ein Teilanschluss des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner im Bereich des Stoßes realisierbar. Vorzugsweise ist die Dreieckschwingung mittels stumpfer Winkel bezüglich des Verlaufes der Bahn der Fügenaht gebildet.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Bahn der Fügenaht pendelnd und/oder oszillierend geführt. Eine Bahn der Fügenaht kann in der Gestalt von mindestens einer Sinusschwingung und/oder von mehreren Sinusschwingungen ausgebildet sein. Insbesondere wird aufgrund der pendelnden und/oder oszillierenden Führung der Bahn der Fügenaht ein Vollanschluss des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner im Bereich des Stoßes hergestellt. Vorzugsweise erfolgt bei einer Detektion einer Durchschweißung eine Richtungsänderung der Bahn der Fügenaht von einer ersten Seite eines Fügebereichs in Richtung einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Fügebereiches. Insbesondere gehen Abschnitte der Fügenaht ineinander über, die aufgrund der pendelnden und/oder oszillierenden Führung der Bahn unmittelbar nebeneinander liegen. Hierdurch ist die Realisierung eines Vollanschlusses ermöglicht. Vorzugsweise ist die pendelnde und/oder oszillierende Führung der Bahn mittels spitzer Winkel bezüglich des Verlaufes der Bahn der Fügenaht gebildet.
  • Mittels der Materialverdickung kann eine Schweißnahtqualität und/oder ein a-Maß eingestellt und/oder vorgegeben werden. Insbesondere ist das a-Maß die Höhe eines gleichschenkligen Dreiecks, das in den Nahtquerschnitt, vorzugsweise gemäß DIN EN ISO 2553, eingezeichnet werden kann. Die Schweißnahtqualität und/oder das a-Maß kann durch die Form, die Gestalt und/oder den Querschnitt der Materialverdickung im Bereich des Stoßes vorgegeben werden. Insbesondere weist die Materialverdickung einen Querschnitt mit geradlinigen, gebogenen, konvexen und/oder konkaven Kanten und/oder Kantenabschnitte auf. Der Querschnitt der Materialverdickung kann spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Bei einer im Querschnitt konvex gebogenen Kante der Materialverdickung kann eine Durchschweißung, insbesondere im Vergleich zu einer geradlinigen Kante, besonders schnell, effektiv und/oder hochauflösend detektiert werden. In Abhängigkeit von der Kantenform und/oder dem Querschnitt der Materialverdickung kann ein Bereich ausreichender Anbindung des ersten Verbindungspartners am zweiten Verbindungspartner vorgegeben und/oder gesteigert werden. Vorzugsweise wird die Materialverdickung in einem Rand des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners hergestellt. Die Materialverdickung kann aufgrund einer mechanischen Bearbeitung und/oder einer thermischen Bearbeitung hergestellt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung hat der erste Verbindungspartner und/oder der zweite Verbindungspartner mindestens einen Rand. Das Material des ersten Verbindungspartner und/oder des zweiten Verbindungspartners kann mindestens in einem Abschnitt des Randes mittels einer Wärmequelle aufgeschmolzen werden, wobei das aufgeschmolzene Material die Materialverdickung am Rand bildet. Vorzugsweise wird die Materialverdickung nachbearbeitet, wobei die erstarrte und nachbearbeitete Materialverdickung eine größere Materialdicke aufweist als das Material außerhalb der Materialverdickung. Die erzeugte Materialverdickung bleibt somit erhalten und kann in Abhängigkeit von der vorgesehenen weiteren Nutzung im Rahmen der Nachbearbeitung entsprechend den gewünschten Anforderungen vorbereitet und/oder bearbeitet werden. Insbesondere dient die Materialverdickung als ein Materialreservoir zum Realisieren der gewünschten Ausbildung des Randes und/oder zum Realisieren einer Verbindung zwischen zwei oder mehr Verbindungspartnern. Vorzugsweise dient die Materialverdickung als ein Materialreservoir zum Bereitstellen von Zusatzmaterial zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung, einer Fügeverbindung und/oder zum Füllen eines Spaltes. Hierbei kann ein einzelner Verbindungspartner, einige vorgegebene Verbindungspartner oder sämtliche Verbindungspartner die Materialverdickung aufweisen. Die Nachbearbeitung kann eine mechanische Bearbeitung der Materialverdickung aufweisen. Insbesondere kann die Nachbearbeitung ein Umformen, Walzen, ein Fräsen, ein Schleifen, ein Erodieren, eine spanende Bearbeitung und/oder eine Laserbehandlung umfassen.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Steuerung zum Steuern einer Bahn einer Fügenaht aufweisen. Insbesondere hat die Vorrichtung, vorzugsweise die Steuerung, mindestens eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Lage des Stoßes und/oder zum Überwachen der Bahn der Fügenaht. Die Vorrichtung kann einen Fügekopf und/oder einen Schweißkopf aufweisen. Der Fügekopf und/oder Schweißkopf kann mittels der Steuerung verstellbar und/oder bewegbar ist. Insbesondere ist eine Bewegung des Fügekopfes und/Schweißkopfes mittels der Steuerung steuerbar. Vorzugsweise hat der Fügekopf und/oder der Schweißkopf eine Strahleinrichtung, insbesondere eine Laserstrahlschweißeinrichtung, zum Herstellen der Fügeverbindung. Mittels der Steuerung kann eine Fügeposition und/oder eine Schweißposition gesteuert werden.
  • Insbesondere ist die Sensoreinrichtung in einem Bereich der den Stoß verdeckenden Seite des ersten Verbindungspartner oder des zweiten Verbindungspartners angeordnet. Bei einer Ausbildung des ersten Verbindungspartners als ein Stegblech und des zweiten Verbindungspartners als ein Gurtblech kann die Sensoreinrichtung im Bereich der den Stoß des Stegbleches mit dem Gurtblech verdeckenden Seite des Gurtbleches angeordnet sein. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung der verdeckenden Seite und/oder der Fügenaht zugewandt. Somit kann der Blick der Sensoreinrichtung auf die verdeckende Seite des Gurtbleches gerichtet sein.
  • Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung benachbart zum Fügekopf und/oder Schweißkopf angeordnet. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung zusammen mit dem Fügekopf und/oder dem Schweißkopf bewegbar und/oder steuerbar. Somit können die Sensoreinrichtung und der Fügekopf in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung zum Messen einer Schweißtiefe eines Wärmequellenstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, der Strahleinrichtung ausgebildet.
  • Von besonderem Vorteil ist eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen einem ersten Verbindungspartner und einem zweiten Verbindungspartner, insbesondere wird ein T-Stoß, ein Eckstoß und/oder ein Überlappstoß verdeckt gefügt. Somit ist das thermische Fügen eines verdeckten Stoßes mittels eines Strahlverfahrens, insbesondere eines Laserstrahlverfahrens, erheblich verbessert und/oder erleichtert. Insbesondere ist der Stoß der beiden Verbindungspartner ausgehend von einer Strahleinrichtung nicht sichtbar. Aufgrund der Materialverdickung des Randes des Stegbleches kann der Toleranzbereich beim Fügen des verdeckten Stoßes erhöht werden. Die Materialverdickung kann ein Vielfaches der ursprünglichen Dicke des ersten und/oder zweiten Verbindungspartners, insbesondere des Stegbleches, aufweisen.
  • Vorzugsweise sind Stoßverbindungen dünner Bleche mittels der erfindungsgemäßen Lösung prozesssicherer ausführbar. Die Verbindungspartner und/oder Bleche können eine Dicke bis 10 mm, insbesondere bis 6 mm, vorzugsweise bis 3 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm, aufweisen. Aufgrund der Materialverdickung kann eine Positionierungstoleranz beim Fügen des verdeckten Stoßes erhöht werden. Die Steuerung der Bahn der Fügenaht kann ein automatisches Verschweißen eines Stegbleches mit einem Gurtblech ermöglichen, wobei der Positionierungsaufwand für das Stegblech reduzierbar ist. Die Bahn der Fügenaht, des Fügekopfes und/oder des Schweißkopfes kann durch die Steuerung, insbesondere im Zusammenwirken mit der Sensoreinrichtung, dem Verlauf des Stoßes und/oder des Stegbleches angepasst werden.
  • Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung die Herstellung einer Fügeverbindung an einem Stegblech zwischen zwei schon geschweißten Stegblechen. Anstelle von Stegblechen mit einem Fügeflansch können Stegbleche ohne Flügelflansch eingesetzt werden. Dies kann bei einer Anordnung von zwei oder mehr Stegblechen an einem Gurtblechen einen geringeren Abstand der Stegbleche zueinander ermöglichen. Hierbei kann mittels der Sensoreinrichtung die Lage und/oder Position des Stegbleches bestimmt werden.
  • Bisher ist es nur aufgrund komplexer Spannvorrichtungen und/oder aufwendiger Positionierungen möglich gewesen, zwei Verbindungspartner im Stoß, insbesondere im T-Stoß, von der verdeckten Gurtseite prozesssicher thermisch zu fügen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Erhöhung der Gestaltungsvielfalt beim Konstruieren von Baugruppen. Insbesondere im Bereich von Gehäusen, Auslegern, Doppelböden oder Sandwichstrukturen kann diese Gestaltungsvielfalt genutzt werden.
  • Aufgrund der Steuerung der Bahn der Fügenaht und die Materialverdickung im Bereich des Stoßes kann die Fügesicherheit erheblich verbessert werden. Die Robustheit von Fügeprozessen an einem verdeckten Stoß kann deutlich erhöht werden.
  • Insbesondere beim Verbinden oder Fügen von dünnen Blechen und/oder Folien besteht die Gefahr, dass die geforderte Verbindungsqualität und/oder Festigkeit der Verbindung nicht erreicht wird. So ist bekannt, dass die maximal überbrückbare Spaltgröße beim Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Verbindungspartnern, insbesondere beim Fügen im Überlappstoß, von der Dicke des verwendeten Materials, beispielsweise einer Folie und/oder eines Bleches, abhängt. Bei einem zu großen Spalt und/oder Spaltabschnitt zwischen den beiden Verbindungspartnern besteht die Gefahr, dass Nahtfehler oder Blindnähte entstehen, so dass die beiden Verbindungspartner nicht wie gewünscht miteinander verbunden sind. Weiter besteht die Gefahr, dass bei sehr dünnen Folien, Blechen oder Membranen bereits geringste Spaltmaße und/oder Positionierungsabweichungen zu einer unerwünschten Lochbildung führen können.
  • Insbesondere bei der Herstellung von hoch beanspruchbaren und/oder gasdichten Verbindungen im Makro- und/oder Mikrobereich, insbesondere beim Schweißen von Metallfolien und/oder dünnen Metallblechen, besteht die Gefahr, dass Nahtunterbrechungen oder ähnliche unerwünschte Defekte hinsichtlich der Verbindung auftreten können. Vorzugsweise ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter Mikrobereich eine Größe im Bereich von 1 Mikrometer bis 300 Mikrometer und/oder unter Makrobereich ein Größe im Bereich von 0,3 Millimeter bis 10 Millimeter zu verstehen.
  • Um eine Spaltüberbrückung zu verbessern und/oder eine Verbindung zwischen den Verbindungspartnern zu verstärken, ist es bekannt, Zusatzmaterial, insbesondere in Form einer Drahtzuführung, während des Fügens, insbesondere Schweißens, zuzugeben bzw. zuzuführen. Hierdurch kann beim Fügen, insbesondere Schweißen, kontinuierlich Material in die Verbindungsstelle der beiden Verbindungspartner zugegeben werden. Von Nachteil ist jedoch, dass, insbesondere beim verdeckten Fügen und/oder im Mikrobereich, ein derartiges Zugeben von Zusatzmaterial nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Beispielsweise sind Drähte nicht in den erforderlichen kleinen Dimensionen verfügbar und/oder die Handhabung oder Positionierung ist nicht in dem erforderlichen Maße realisierbar. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass eine konstruktionsbedingte oder designbedingte eingeschränkte Zugänglichkeit ein Zuführen von Zusatzmaterial verhindern kann. Des Weiteren ist die Zuführung von Zusatzmaterial, insbesondere in der Gestalt eines Drahtes, beispielsweise beim Remote-Laserstrahlfügen mittels eines Scanners zu Strahlablenkung bei den dort vorgesehenen hohen Vorschubgeschwindigkeiten nicht oder nur sehr eingeschränkt realisierbar.
  • Ein Rand des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners, insbesondere des Stegbleches, kann kontinuierlich mit einer einzigen Materialverdickung versehen werden. Alternativ kann der Rand diskontinuierlich mit mehreren Materialverdickungen versehen werden. Insbesondere wird in den Abschnitten des Randes eine Materialverdickung erzeugt, in denen der erste Verbindungspartner mit einem zweiten Verbindungspartner, insbesondere durch Fügen und/oder Verschweißen, verbunden werden soll. Insbesondere ist der Rand als eine Kante des Materials des ersten Verbindungspartners und/oder Stegbleches ausgebildet. Somit kann sich die Materialverdickung über die gesamte Länge des Randes und/oder der Kante erstrecken. Alternativ können regelmäßig oder unregelmäßig beabstandete Abschnitte des Randes und/oder der Kante mit einer Materialverdickung versehen werden.
  • Vorzugweise wird ein flächiges, insbesondere ebenes, Material für den ersten Verbindungspartner und/oder den zweiten Verbindungspartner eingesetzt. Das Material kann als eine Folie und/oder ein Blech ausgebildet sein. Insbesondere besteht das Material aus einem Metall oder einem thermoplastischen Kunststoff. Die Dicke des Materials kann bis zu 10 mm oder bis zu 5 mm betragen. Bevorzugt weist das Material eine Dicke bis zu 3 mm oder bis zu 2 mm auf. Insbesondere hat das Material eine Dicke im Bereich von 5 µm bis 2 mm oder im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das aufgeschmolzene Material der Materialverdickung vor der Nachbearbeitung abgekühlt und/oder erstarrt. Alternativ oder zusätzlich kann das aufgeschmolzene Material der Materialverdickung nach der Nachbearbeitung, insbesondere vollständig, abgekühlt und/oder erstarrt werden. Beispielsweise kann im Rahmen der Nachbearbeitung ein Urformen durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Materialverdickung bei der Nachbearbeitung noch nicht vollständig abgekühlt und/oder in einem erwärmten Zustand. Insbesondere ist das Material, vorzugsweise ein Thermoplast, bei der Nachbearbeitung in einem weichen und/oder entfestigten Zustand. Insbesondere ist unter einem Erstarren des aufgeschmolzenen Materials ein Erkalten und/oder Erhärten des aufgeschmolzenen Materials zu verstehen. Vorzugsweise wird das aufgeschmolzene Material der Materialverdickung vor oder nach der Nachbearbeitung passiv oder aktiv abgekühlt. Das Erstarren und/oder Abkühlen kann, insbesondere bei einem passiven Abkühlen, durch Aussetzen des aufgeschmolzenen Materials der Umgebungstemperatur erfolgen. Bei einem aktiven Kühlen wird das Erstarren durch eine geeignete Abführung von Wärmeenergie, insbesondere durch Zuführung eines kühlen Fluids, unterstützt.
  • Insbesondere verflüssigt sich das aufgeschmolzene Material. Durch die Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen und/oder verflüssigten Materials kann sich eine, insbesondere im Querschnitt, tropfenartige, tropfenförmige und/oder kugelartige Materialverdickung am Rand und/oder an der Kante des Materials bilden.
  • Vorzugsweise erhält die Materialverdickung mittels der Nachbearbeitung eine vorgegebene Randkontur. Die Nachbearbeitung kann durch Umformen und/oder eine spanende Bearbeitung der Materialverdickung erfolgen. In Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung des Halbzeugs kann die Materialverdickung mit einer geeigneten Randkontur versehen werden. Beispielsweise kann die Randkontur ein vorgegebenes Profil aufweisen, das in die Materialverdickung eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Materialverdickung derart nachbearbeitet werden, dass das Material im Bereich der Materialverdickung eine bestimmte, vorgegebene Dicke aufweist. Insbesondere weist die nachbearbeitete Materialverdickung eine bestimmte, vorgegebene Dicke auf, die größer ist als die Materialdicke des Materials außerhalb der, insbesondere nachbearbeiteten, Materialverdickung.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform wird vor und/oder nach dem Nachbearbeiten der Materialverdickung eine Wärmebehandlung, insbesondere im Bereich der Materialverdickung, durchgeführt. Mittels der Wärmebehandlung können Materialeigenschaften des Materials, insbesondere im Bereich der Materialverdickung, verändert werden. Vorzugsweise betreffen die, insbesondere physikalischen, Materialeigenschaften die innere Struktur des Materials. Insbesondere können Eigenspannungen des Materials im Bereich der Materialverdickung abgebaut werden. Vorzugweise wird im Rahmen der Wärmebehandlung, insbesondere bei einer Verbindung mit Verbindungspartnern aus einer 6000er Aluminiumlegierung, ein Ausscheidungshärten durchgeführt. Das Ausscheidungshärten kann ein Lösungsglühen, ein Abschrecken und/oder ein Warmauslagern beinhalten. Des Weiteren kann die Wärmebehandlung ein Rekristallisationsglühen, insbesondere nach einer starken Verformung im Rahmen der Nachbearbeitung, beinhalten.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird die thermische Energie der Wärmequelle mittels eines Bestrahlungsmusters in den Rand des Materials eingebracht. Ein Wärmequellenstrahl kann hierzu geradlinig, mäandrierend und/oder schlangenlinienartig entlang des aufzuschmelzenden Randes verfahren werden. Insbesondere ist der Wärmequellenstrahl auf eine Seitenfläche und/oder auf eine Stirnseite des Materials, insbesondere des Randes und/oder der Kante, gerichtet.
  • Vorzugsweise wird als Wärmequelle ein Laser mit einem Laserstrahl als Wärmequellenstrahl eingesetzt. Insbesondere wird die thermische Energie zum Aufschmelzen des Randes in Abhängigkeit von einer Wärmequellenleistung, einer Vorschubgeschwindigkeit eines Wärmequellenstrahls, einer Fokuslage und/oder Spotlage des Wärmequellenstrahls, einer Fokusgröße und/oder Spotgröße des Wärmequellenstrahls und/oder einem Bestrahlungsmuster bereitgestellt. Vorzugsweise ist unter einem Spot eine, insbesondere scharf begrenzte, bestrahlte Fläche zu verstehen. Die Spotgröße kann einem Fokus des Wärmequellenstrahls entsprechen. In Abhängigkeit von der Lage des Fokus des Wärmequellenstrahls kann die Spotgröße, insbesondere auf dem Material, eingestellt werden. Vorzugsweise hat der Spot eine Größe im Bereich von 5 µm bis 15 mm, insbesondere im Bereich von 10 µm bis 10 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 15 µm bis 8 mm.
  • Insbesondere wird der Rand des Materials durch Einkoppeln eines Wärmequellenstrahls, insbesondere kontinuierlich, auf ein Vielfaches der ursprünglichen Dicke des Materials aufgedickt. Mittels der Wärmequelle und/oder des Wärmequellenstrahls kann ein Rand des Materials und/oder eine Stirnseite des Randes mit thermischer Energie beaufschlagt werden, so dass ein vorgegebener Bereich des Materials in den schmelzflüssigen Zustand übergehen kann. Aufgrund der Oberflächenspannung kann das aufgeschmolzene Material einen im Wesentlichen runden und/oder tropfenartigen Querschnitt annehmen. Vorzugsweise ist unter einem Bestrahlungsmuster der Verlauf des Wärmequellenstrahls, des Fokus und/oder des Spots in Bezug zum Material zu verstehen. Eine Steuerung kann vorgesehen sein, mittels der der Wärmequellenstrahl, der Fokus, der Spot und/oder das Halbezugmaterial entsprechend dem vorgegebenen Bestrahlungsmuster gesteuert und/oder verfahren wird.
  • Vorzugsweise wird das Aufschmelzen des Randes und/oder das Einkoppeln eines Wärmequellenstrahls in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Als ein Schutzgas und/oder ein Arbeitsgas zum Realisieren einer Schutzgasatmosphäre kann Argon, Helium, Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid verwendet werden. Hierdurch kann mindestens im Bereich der Materialverdickung eine Oxidation, insbesondere mit Luftsauerstoff, verhindert werden. Insbesondere kann aufgrund der Verwendung eines Schutzgases und/oder eines Arbeitsgases eine Oberflächenspannung und/oder Viskosität des, insbesondere aufgeschmolzenen, Materials beeinflusst werden. Hierdurch kann die Form und/oder die Größe der Materialverdickung beeinflusst werden.
  • Gemäß einem ersten Bestrahlungsmuster wird der Wärmequellenstrahl auf eine Seitenfläche des Materials gerichtet und entlang, insbesondere parallel zum Rand, des Materials bewegt. Alternativ oder zusätzlich zur Bewegung des Wärmequellenstrahls kann das Material selbst bewegt werden. Mittels einer Defokussierung und/oder Fokussierung des Wärmequellenstrahls kann die Fokusgröße und/oder die Spotgröße des Wärmequellenstrahls und damit die Größe der Materialverdickung eingestellt werden.
  • Nach einem zweiten Bestrahlungsmuster kann die thermische Energie des Wärmequellenstrahls im Vergleich zum ersten Bestrahlungsmuster großflächiger eingebracht werden, indem der Wärmequellenstrahl mäanderförmig, schlangenlinienartig und/oder pendelartig auf die Seitenfläche gerichtet und entlang des Randes des Materials verfahren wird.
  • Gemäß einem dritten Bestrahlungsmuster ist ein mehrmaliges Abfahren des aufzuschmelzenden Randes mit dem Wärmequellenstrahl vorgesehen. Insbesondere erfolgt vor jedem erneuten Abfahren des Randes eine Nachführung und/oder Neupositionierung des Spots, des Fokus und/oder des Wärmequellenstrahls.
  • Nach einem weiteren Bestrahlungsmuster wird der Wärmequellenstrahl auf einer Stirnseite des Materials, insbesondere parallel und/oder in Längsrichtung zur Ebene der Seitenfläche des Materials, eingekoppelt. Vorzugsweise wird der Wärmequellenstrahl, der Fokus und/oder der Spot in Längsrichtung des Randes und/oder der Stirnseite verfahren.
  • In Bezug auf sämtliche vorstehend genannten Bestrahlungsmuster kann der Fokus und/oder der Spot des Wärmequellenstrahls verfahren werden, in dem das Material verfahren und/oder der Wärmequellenstrahl verfahren und/oder umgelenkt wird.
  • Insbesondere ist die Fügeverbindung des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner als eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Die stoffschlüssige Verbindung kann mittels Fügen, insbesondere Verschweißen, des ersten Verbindungspartners mit dem zweiten Verbindungspartner realisiert werden. Vorzugweise dient hierbei die Materialverdickung des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners beim Fügen, insbesondere Verschweißen, als Materialreservoir. Hierbei kann das Materialreservoir das Zusatzmaterial zur Verfügung stellen, das zum Überbrücken eines Spaltes zwischen den beiden Verbindungspartnern beim Fügen, Verschweißen und/oder Löten notwendig ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Materialverdickung zum Steigern der Festigkeit, insbesondere der Verbindung, dienen. Insbesondere dient die Materialverdickung zum Bereitstellen eines vergrößerten Toleranzbereiches bei einem verdeckten Fügen einer Stoßverbindung.
  • Von besonderem Vorteil ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder die einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von formschlüssigen Verbindungen, beim Fügen von Mischverbindungen, beim Remote-Schweißen, beim Überlapp-Schweißen, beim Schweißen verdeckter T-Stöße, verdeckter I-Stöße und/oder verdeckter Eckstöße. Zusätzlich oder alternativ kann die Materialverdickung zum Steigern der Festigkeit, insbesondere einer Verbindung von mindestens zwei Verbindungspartner und/oder des Materials im Bereich des Randes, dienen.
  • Insbesondere dient die Materialverdickung als ein Materialreservoir. Ein derartiges Materialreservoir kann beim Remote-Schweißen und/oder bei der Herstellung von sogenannten Mischverbindungen, insbesondere aus verschiedenen Metallen, von besonderem Vorteil sein. Bei einer Mischverbindung kann ein erster Verbindungspartner beispielsweise aus Aluminium bestehen. Der zweite Verbindungspartner kann aus Titan, Stahl oder Kupfer bestehen. Insbesondere hat bei einer Mischverbindung einer der Verbindungspartner einen niedrigeren Schmelzpunkt als der andere Verbindungspartner. Vorzugsweise dient das Materialreservoir des ersten Verbindungspartners und/oder des zweiten Verbindungspartners der Erhöhung der Festigkeit und/oder der Prozesssicherheit beim Herstellen einer Mischverbindung, insbesondere einer Aluminium-Titan-Verbindung, einer Aluminium-Stahl-Verbindung und/oder einer Aluminium-Kupfer-Verbindung.
  • Vorzugsweise werden beim Remote-Schweißen sogenannte Scannersysteme zur Strahlablenkung des Wärmequellenstrahls eingesetzt, um hohe Schweißgeschwindigkeiten realisieren zu können. Hierbei können Schweißgeschwindigkeiten in einem Bereich bis zu 300m/min erreicht werden. Beispielsweise sind bei dünnen Blechen und/oder Folien, insbesondere im Mikrobereich, sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten, insbesondere beim Tiefschweißen, realisierbar. Eine gleichzeitige Zuführung von Zusatzmaterial, beispielsweise in Gestalt eines Drahtes, ist hierbei jedoch in der Regel nicht möglich. Die Positionierung und/oder Zuführung von Zusatzmaterial vor und/oder während des Remote-Schweißens ist in der Regel nicht oder nur sehr beschränkt möglich und ist in der Regel mit einem sehr hohen Aufwand und großen Schwierigkeiten verbunden. Jedoch ist ein Zuführen von Zusatzmaterial beim Schweißen oftmals notwendig, um Fügespalten zu überbrücken und/oder die vorgegebenen Nahtquerschnitte zu erreichen. Die Erfindung ermöglicht nun, das notwendige Zusatzmaterial mittels der vorgesehenen Materialverdickung als Materialreservoir an einem Verbindungspartner oder an beiden Verbindungspartnern bzw. Halbzeugen auf einfache und effektive Weise bereitzustellen.
  • Vorzugsweise ist mittels der Erfindung die Positionierungstoleranz beim Schweißen eines verdeckten T-Stoßes erhöht. Insbesondere wird der verdeckte Verbindungspartner, insbesondere mit einer T-Stoßanlage, mit einer Materialverdickung ausgebildet. Vorzugsweise ist die T-Stoßanlage als eine Materialverdickung ausgebildet. Insbesondere ist die T-Stoßanlage, vorzugsweise eines verdeckten Bleches, derart aufgedickt, dass beim Verschweißen des verdeckten T-Stoßes eine größere Toleranz gegenüber Positionsabweichungen der Wärmequelle und/oder des Wärmequellenstrahls in Bezug auf den verdeckten Verbindungspartner vorliegt. Darüber hinaus kann mittels der Materialverdickung der lasttragende Querschnitt des Halbzeugs, des Verbindungspartners und/oder des T-Stoßes vergrößert werden, wodurch die Festigkeit, insbesondere einer Verbindung zwischen zwei Verbindungspartnern, erhöht ist. Eine derartige Erhöhung des lasttragenden Querschnittes kann bei Überlapp-, Eckstoß- oder T-Stoß-Verbindungen realisiert werden. Der verdeckte Verbindungspartner kann als ein erster Verbindungspartner ein Stringerblech sein, das in einem T-Stoß mit einem zweiten Verbindungspartner, insbesondere ein Hautblech, verbunden werden kann.
  • Insbesondere weist der erste Verbindungspartner eine Materialverdickung auf, die zum Bereitstellen mindestens eines Entgasungsspaltes auf einem flächigen Bereich des zweiten Verbindungspartners aufliegt. Aufgrund der Materialverdickung ergibt sich ein vorgegebener Abstand der beiden Verbindungspartner Stoßbereich voneinander, wodurch sich mindestens ein Spalt bildet lässt.
  • Vorzugsweise ermöglicht die Materialverdickung ein Bereitstellen und/oder Einstellen von vorgebbaren Entgasungsspalten. Insbesondere beim Fügen von verzinkten Stahlblechen führt das Entgasen der Verzinkung zu Poren und/oder Nahtfehlern. Ein vorgegebener Spalt, insbesondere zwischen den beiden Verbindungspartnern, kann für eine hinreichende Entgasung sorgen, wodurch die Bildung von Poren und/oder Nahtfehlern vermeidbar ist. Zum Realisieren solcher Entgasungsspalte ist das vergleichsweise aufwändige Einlegen von separaten Abstandshaltern bekannt. Mittels der Erfindung und der vorgesehenen Materialverdickung am Rand des Materials und/oder des mindestens einen Verbindungspartners können die erforderlichen Entgasungsspalte auf besonders effektive und/oder kostengünstige Weise, insbesondere im aufgrund der Nachbearbeitung, bereitgestellt werden. Die Entgasungsspalte können einen maximalen Durchmesser im Bereich von 30 µm bis 200 µm aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen seitlichen Querschnitt eines unbearbeiteten Materials,
  • 2 einen seitlichen Querschnitt des Materials mit einer Materialverdickung an einem Rand,
  • 3 einen seitlichen Querschnitt eines Halbzeuges mit einer nachbearbeiteten Materialverdickung,
  • 4 einen seitlichen Querschnitt der nachbearbeiteten Materialverdickung gemäß 3 während einer Wärmebehandlung,
  • 5 einen seitlichen Querschnitt einer Verbindung von zwei erfindungsgemäßen Halbzeugen bzw. Verbindungspartnern,
  • 6 seitliche Querschnitte eines Materials mit und ohne Materialverdickung,
  • 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Materials für ein erstes Bestrahlungsmuster,
  • 8 eine schematische perspektivische Ansicht eines Materials für ein zweites Bestrahlungsmuster,
  • 9 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein drittes Bestrahlungsmuster,
  • 10 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein viertes Bestrahlungsmuster,
  • 11 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein fünftes Bestrahlungsmuster,
  • 12 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein sechstes Bestrahlungsmuster,
  • 13 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein siebtes Bestrahlungsmuster,
  • 14 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein achtes Bestrahlungsmuster,
  • 15 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials für ein weiteres Bestrahlungsmuster,
  • 16 eine Seitenansicht einer Verbindung mit einem Halbzeug zum Bereitstellen von Entgasungsspalten,
  • 17 eine schematische Seitenansicht eines verdeckten T-Stoßes,
  • 18 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung,
  • 19 eine schematische, teilweise perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung mit Teilanschluss,
  • 20 eine schematische, teilweise perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung mit Vollanschluss,
  • 21 vier Seitenansichten eines Verbindungspartner mit unterschiedlichen Querschnitten im Bereich der Materialverdickung,
  • 22 ein schematisches Ablaufdiagram für ein Verfahren zum Herstellen einer Materialverdickung, und
  • 23 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung.
  • 1 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines Materials 10. Das Material 10 befindet sich in einem unbearbeiteten Ausgangszustand. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Material 10 als ein flächiges und weitgehend ebenes Blech ausgebildet, die eine Dicke im Millimetermeterbereich hat. Das Material 10 weist mindestens eine Kante bzw. einen Rand 11 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Material 10 aus einem Metall. Alternativ kann das Material 10 aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein.
  • 2 zeigt einen seitlichen Querschnitt des Materials 10 gemäß 1, bei dem der Rand 11 eine aufgeschmolzene Materialverdickung 12 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Materialverdickung 12 im Querschnitt im Wesentlichen tropfenförmig ausgebildet. Aufgrund der Materialverdickung 12 ist die Materialdicke des Materials 10 im Bereich der Materialverdickung 12 größer als außerhalb der Materialverdickung 12.
  • 3 zeigt einen seitlichen Querschnitt des Materials 10 gemäß 2, wobei die Materialverdickung 12 im Vergleich zu 2 nachbearbeitet ist. Aufgrund der erfolgten Nachbearbeitung der Materialverdickung 12 ist ein Halbzeug 53 bereit gestellt. Das Halbzeug 53 kann als ein erster Verbindungspartner zum Herstellen einem zweiten, hier nicht näher dargestellten, Verbindungspartner dienen. mit einem Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Materialverdickung 12 aufgrund der Nachbearbeitung eine im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Materialverdickung 12 verlaufende konstante Dicke auf. Dabei ist die Materialdicke der Materialverdickung 12 größer als die Materialdicke des Materials 10 in seinem Ausgangszustand bzw. außerhalb der Materialverdickung 12. Hier ist die Materialdicke der Materialverdickung 12 beispielhaft etwa doppelt so groß wie die Materialdicke des Materials 10 außerhalb der Materialverdickung 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgte die Nachbearbeitung in einem erstarrten Zustand der Materialverdickung 12 gemäß 2. Die Nachbearbeitung erfolgte durch eine mechanische, beispielsweise spanende, Bearbeitung der erstarrten Materialverdickung 12. Alternativ kann die Nachbearbeitung in einem aufgeschmolzenen, flüssigen Zustand der Materialverdickung 12 mittels Umformen oder Urformen erfolgen.
  • 4 zeigt einen seitlichen Querschnitt des Materials 10 gemäß 3 während einer Wärmebehandlung. Hierbei ist das Material 10 mit der Materialverdickung 12 bzw. das Halbzeug 53 einer Wärmebehandlungseinrichtung 13 zugeführt. Im Rahmen der Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise ein Ausscheidungshärten oder Rekristallisationsglühen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das gesamte Halbzeug 53 der Wärmebehandlungseinrichtung 13 zugeführt. Alternativ kann eine Wärmebehandlung auf den Bereich der Materialverdickung 12 beschränkt sein.
  • 5 zeigt einen seitlichen Querschnitt einer Verbindung 14 von einem ersten Verbindungspartner 15 mit einem zweiten Verbindungspartner 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Verbindungspartner 15, 16 jeweils als Halbzeuge 53 mit einer Gestalt gemäß den 3 und 4 ausgebildet. Die beiden Verbindungspartner bzw. Halbzeuge 15, 16 sind in einem Überlappstoß zueinander angeordnet. Des Weiteren ist die Verbindung 14 als eine Schweißverbindung ausgebildet. Hierbei dienen die Materialverdickungen 12 der Verbindungspartner 15, 16 jeweils als ein Materialreservoir, das während des Schweißvorganges Zusatzmaterial zum Überbrücken eines Spaltes 17 zwischen den beiden Verbindungspartnern 15, 16 bereitstellt.
  • 6 zeigt seitliche Querschnitte eines weiteren Materials 10, wobei in der oberen Darstellung das Material 10 in einem Ausgangszustand gezeigt ist. In der unteren Darstellung weist das Material 10 an seinem Rand 11 eine Materialverdickung 12 auf, wobei die Materialverdickung 12 bei diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt kugelförmig ausgebildet ist. Die Materialverdickung 12 bildet sich beim Aufschmelzen des Randes 11 aufgrund der wirkenden Oberflächenspannung.
  • 7 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein erstes Bestrahlungsmuster. Gemäß diesem ersten Bestrahlungsmuster wird ein Wärmequellenstrahl 19 einer hier nicht näher dargestellten Wärmequelle auf eine Seitenfläche 18 im Bereich des Randes 11 des Materials 10 gerichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wärmequelle als ein Laser und der Wärmequellenstrahl 19 als ein Laserstrahl ausgebildet. Ein Spot 20 des Wärmequellenstrahls 19 trifft auf die Seitenfläche 18 auf. Bei diesem ersten Bestrahlungsmuster entspricht der Spot 20 dem Fokus des Wärmequellenstrahls 19. Der Wärmequellenstrahl 19 wird in eine Vorschubrichtung gemäß dem Pfeil 21 entlang bzw. parallel zum Rand 11 zum Aufschmelzen des Randes 11 und dem Bilden einer Materialverdickung 12 verfahren. Für die Bewegung des Spots 20 entlang des Randes 11 gemäß Pfeil 21 kann wahlweise oder gleichzeitig der Wärmequellenstrahl 19 und/oder das Material 10 in Bewegung versetzt werden. Aufgrund der eingebrachten thermischen Energie des Wärmequellenstrahls 19 geht das Material 10 im Bereich des Randes 11 in einen schmelzflüssigen Zustand über. Dieser im erstarrten Ausgangszustand zunächst im Wesentlichen flächige Rand nimmt aufgrund der Oberflächenspannung im schmelzflüssigen Zustand einen in Vorschubrichtung gemäß Pfeil 21 im Wesentlichen runden oder tropfenartigen Querschnitt an.
  • 8 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein zweites Bestrahlungsmuster, das im Wesentlichen dem ersten Bestrahlungsmuster gemäß 7 entspricht. Jedoch ist gemäß dem zweiten Bestrahlungsmuster vorgesehen, dass der Wärmequellenstrahl 19 in Bezug auf die Seitenfläche 18 defokussiert ist, wodurch ein größerer Spot 20 auf die Seitenfläche 18 auftrifft. Hierdurch wird eine größere Materialverdickung 12 realisierbar. Wie bei dem ersten Bestrahlungsmuster gemäß 7 wird der Spot 20 auch bei dem zweiten Bestrahlungsmuster parallel zum Rand 11 gemäß Pfeil 21 und im Wesentlichen gradlinig verfahren.
  • 9 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein drittes Bestrahlungsmuster, bei dem der Spot 20 als scharfer Fokus des Wärmequellenstrahls 19 im Bereich des Randes 11 auf die Seitenfläche 18 gerichtet ist. Gemäß dem dritten Bestrahlungsmuster und dem Pfeil 21 wird der Spot 20 mäandrierend bzw. pendelartig, hier beispielhaft sinusförmig, entlang des aufzuschmelzenden Randes 11 verfahren. Hierdurch kann ein größerer Bereich des Randes 11 aufgeschmolzen werden, wodurch eine größere Materialverdickung 12 herstellbar ist.
  • 10 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein viertes Bestrahlungsmuster, das zunächst dem ersten Bestrahlungsmuster gemäß 7 entspricht. Gemäß dem vierten Bestrahlungsmuster ist jedoch ein mehrmaliges Abfahren des Randes 11 mit einer Nachführung der Position des Spots 20 vorgesehen. Hierbei rückt der Spot 20 nach jedem Abfahren des Randes 11 ein vorgegebenes Stück nach innen ein und von dem ursprünglich unbearbeiteten äußeren Rand 11 weg. Der Spot 20 wird nach jedem Abfahren des Randes 11 quer bzw. rechtwinklig zur Längsrichtung der Verfahrbewegung gemäß Pfeil 21 verrückt. Hierdurch sind größere Materialverdickungen 12 auch mit einem geringen Durchmesser des Spots 20 realisierbar. Gemäß den Ziffern 1, 2, 3, 4, 5 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ein fünfmaliges Abfahren des Randes 11, wobei der Spot 20 bei jedem erneuten Abfahren im Vergleich zu dem vorangehenden Abfahren des Randes 11 ein vorgegebenes Stück von dem ursprünglich unbearbeiteten äußersten Rand 11 weg versetzt ist. Zwischen den jeweiligen Abfahrschritten kann die bereits erzeugte Materialverdickung 12 erstarren. Alternativ erfolgt das mehrmalige Abfahren, insbesondere nach dem erstmaligen Abfahren des Randes 11, entlang der bereits erzeugten schmelzflüssigen Materialverdickung 12.
  • 11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein fünftes Bestrahlungsmuster, bei dem der Wärmequellenstrahl 19 nicht auf die Seitenfläche 18, sondern eine bei diesem Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Seitenfläche 18 ausgerichtete Stirnseite 22 des Randes 11 gerichtet ist. Gemäß dem fünften Bestrahlungsmuster wird der Spot 20 in die Vorschubrichtung gemäß dem Pfeil 21 entlang der Stirnseite 22 geführt. Hierbei ist von Vorteil, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Rand 11 in Bezug zur Dicke des Materials 10 realisierbar ist. Beispielsweise bei dicken Blechen, insbesondere im Makrobereich, ist hierdurch eine symmetrische Ausbildung der Materialverdickung 12 herstellbar.
  • 12 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein sechstes Bestrahlungsmuster, das weitgehend dem zweiten Bestrahlungsmuster gemäß 8 entspricht, wobei hier jedoch zusätzlich ein weiterer Wärmequellenstrahl 23 vorgesehen ist. Der weitere Wärmequellenstrahl 23 entspricht dem Wärmequellenstrahl 19, ist jedoch auf eine weitere Seitenfläche 24 im Bereich des Randes 11 des Materials 10 gerichtet. Der Wärmequellenstrahl 19 und der weitere Wärmequellenstrahl 23 sind spiegelsymmetrisch in Bezug auf das Material 10 positioniert und ausgerichtet. Der weitere Wärmequellenstrahl 23 hat einen weiteren Spot 25, der hinsichtlich seiner Größe und/oder Lage dem Spot 20 des Wärmequellenstrahls 19 entspricht. Die beiden Wärmequellenstrahlen 19, 23 bzw. die beiden Spots 20, 25 werden gleichzeitig gemäß dem Pfeil 21 entlang des Randes 11 zum Aufschmelzen des Randes 11 verfahren. Aufgrund der spiegelsymmetrischen und gleichzeitigen Bestrahlung des Randes 11 sowohl auf der Seitenfläche 18 als auch auf der von der Seitenfläche 18 abgewandten weiteren Seitenfläche 24 ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Randes 11 realisierbar, wodurch die Herstellung eines symmetrisch ausgebildeten Materialverdickung 12 vereinfacht ist.
  • 13 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 10 für ein siebtes Bestrahlungsmuster, bei dem das Material 10 eine Öffnung 26, beispielsweise in der Gestalt eines Loches oder einer Bohrung, aufweist, die sich von der Seitenfläche 18 bis zur weiteren Seitenfläche 24 erstreckt. Die Öffnung 24 hat einen Rand 27, der bei diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet ist. Der Wärmequellenstrahl 19 ist mit seinem Spot 20 auf den Rand 27 im Bereich der Seitenfläche 18 gerichtet. Zum Herstellen einer Materialverdickung 12 im Bereich des Randes 27 wird der Spot 20 gemäß dem Pfeil 28 spiralförmig abgefahren. Hierbei liegt der Mittelpunkt der Spirale im Mittelpunkt der Öffnung 26, wobei der Radius der spiralförmigen Bahn des Spots 20 kontinuierlich mit jedem Umlauf zunimmt.
  • 14 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 29 für ein achtes Bestrahlungsmuster. Hier ist das Material 29 als ein Rohr ausgebildet. Um einen Rand 30 des Materials 29 mit einer Materialverdickung zu versehen, ist ein Spot 20 des Wärmequellenstrahls 19 auf eine Stirnseite 31 des Randes 30 bzw. des rohrförmigen Materials 29 gerichtet. Hierbei wird der Spot 20 gemäß dem Pfeil 32 entsprechend dem Querschnitt des Materials 29, hier kreisförmig, entlang des stirnseitigen Randes 30 geführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Wärmequellenstrahl 19 parallel zu einer Rotationsachse des rohrförmigen Materials 29 auf der Stirnseite 31 geführt, wobei der Wärmequellenstrahl 19 die Stirnseite 31 kreisförmig abfährt. In Abhängigkeit von der gewünschten Größe der Materialverdickung kann der Wärmequellstrahl 19 mehrmals über den Rand 30 geführt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Wärmequellenstrahl 19 mittels einer hier nicht näher dargestellten Ringoptik derart beeinflusst sein, dass der Wärmequellenstrahl 19 in seinem Fokus ringförmig ist. Hierbei ist der ringförmige Fokus korrespondierend zu der Stirnseite 31 des Materials 29 ausgebildet. Somit befindet sich der ringförmige Fokus in Kongruenz mit der Stirnfläche 31, wodurch ein gleichmäßiger und zeitgleicher Energieeintrag ermöglicht ist.
  • 15 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht eines Materials 29 für ein neuntes Bestrahlungsmuster, bei dem der Rand 30 des rohrförmigen Materials 29 mittels des Wärmequellenstrahls 19 im Bereich einer Mantelfläche 33 bestrahlt wird. Der Spot 20 des Wärmequellenstrahls 19 fährt somit den Rand 30 auf der Mantelfläche 23 gemäß dem Pfeil 34 ab. Hierzu kann das Material 29 in Rotation versetzt werden. Für ein mehrfaches Abfahren des Randes 30 kann das Material 29 gemäß dem Pfeil 35 nachgeführt werden. Hierfür kann das Material 29 gemäß Pfeil 35 in Richtung des Spots 20 nachgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Spot 20 entgegen der Richtung des Pfeils 35 nachgeführt werden. Aufgrund dieses Nachführens und mehrfachen Abfahrens des Randes 30 sind größere Materialverdickungen realisierbar.
  • 16 zeigt eine Seitenansicht einer Verbindung 36 mit einem Halbzeug 37 zum Bereitstellen von Entgasungsspalten. Hierbei ist die Verbindung 36 als eine stoffschlüssige Verbindung, nämliche eine Schweißverbindung, ausgebildet. Mittels der Verbindung 36 ist das Halbzeug 37 als ein erster Verbindungspartner 37 mit einem zweiten Verbindungspartner 38 verbunden. Das Halbzeug 37 hat eine Materialverdickung 39. Der erste Verbindungspartner 37 und der zweite Verbindungspartner 39 sind bei diesem Ausführungsbeispiel aus verzinkten Stahlblechen gebildet. Die Verbindung 36 ist von einem Rand 40 bzw. der Materialverdickung 39 des ersten Verbindungspartners 37 beabstandet. Aufgrund der Materialverdickung 39, die auf dem zweiten Verbindungspartner 38 aufliegt, ist zwischen der Materialverdickung 39 und der Verbindung 36 sowie zwischen dem ersten Verbindungspartner 37 und dem zweiten Verbindungspartner 38 ein Entgasungsspalt 41 gebildet. Des Weiteren ist an einer von der Materialverdickung 39 abgewandten Seite der Verbindung 36 ein weiterer Entgasungsspalt 42 gebildet. Mittels der Entgasungsspalte 41, 42 können beim Verschweißen der beiden Verbindungspartner 37, 38 entstehende Zinkdämpfe abgeführt werden, wodurch die Entstehung von Poren und/oder Nahtfehlern in der Verbindung 36 vermeidbar sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine einzige Materialverdickung 39 vorgesehen, die sich als eine Art Wulst über den gesamten Rand 40 erstreckt. Alternativ kann der Rand 40 mehrere voneinander beabstandete Materialverdickungen 39 aufweisen. Insbesondere können Entgasungsspalte in die Materialverdickung 39 selbst bei einer Nachbearbeitung der Materialverdickung 39 eingebracht werden.
  • 17 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Halbzeuges 43 für einen verdeckten T-Stoß. Das Halbzeug 43 liegt als ein erster Verbindungspartner 43 an einem flächigen zweiten Verbindungspartner 44 zum Herstellen eines verdeckten T-Stoßes an. Der erste Verbindungspartner bzw. das Halbzeug 43 hat an seinem Rand 45 eine Materialverdickung 46. Hierbei ist die Materialverdickung 46 derart nachbearbeitet, dass sich im Wesentlichen ein T-förmiger Querschnitt ergibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Materialverdickung 46 als eine T-Stoßanlage ausgebildet. Die Materialverdickung 46 bzw. die T-Stoßanlage stellt eine Stirnseite für den ersten Verbindungspartner 43 bereit, die breiter ist als die Dicke des ersten Verbindungspartners 43 außerhalb der Materialverdickung 46. Hierdurch ist die Herstellung des verdeckten T-Stoßes mit dem zweiten Verbindungspartner 44 einfacher realisierbar. Zum Herstellen der Schweißverbindung ist der Wärmequellenstrahl 19 mit dem Spot 20 auf eine Seite des zweiten Verbindungspartners 44 gerichtet, die von der Seite mit der aufliegenden Materialverdickung 46 bzw. der aufliegenden Stirnseite der T-Stoßanlage abgewandt ist. Aufgrund der Materialverdickung 46 ergibt sich beim Verschweißen derartig versteckter T-Stöße eine größere Toleranz in Bezug zu Positionsabweichungen des Spots 20 bzw. des Wärmequellenstrahls 19.
  • 18 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung 48. Die Vorrichtung 47 weist einen Fügekopf 49 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Fügekopf 49 ein Schweißkopf zum Herstellen der als Schweißverbindung ausgebildeten Fügeverbindung 48.
  • Der Fügekopf 49 ist bewegbar und in sämtliche Raumrichtungen verstellbar. Der Fügekopf 49 kann an einer hier nicht näher dargestellten Führung geführt sein. Des Weiteren hat der Fügekopf 49 eine Strahleinrichtung 50 zum Abgeben eines Wärmequellenstrahls 19. Hier ist die Strahleinrichtung 50 beispielhaft als eine Laserstrahleinrichtung und der Wärmequellenstrahl 19 als ein Laserstrahl ausgebildet.
  • Eine Steuerung 51 ist mit dem Fügekopf 49 verbunden. Mittels der Steuerung 51 wird die Bewegung des Fügekopfes 49 gesteuert und/oder kontrolliert. Auch die Strahleinrichtung 50 und damit der Wärmequellenstrahl 19 ist mit der Steuerung 51 steuerbar.
  • Die Steuerung 51 ist mit einer Sensoreinrichtung 52 verbunden. Die Sensoreinrichtung 52 ist zum Ermitteln einer Lages eines Stoßes 55 bzw. zum Überwachen einer Bahn 53 einer Fügenaht 54 ausgebildet. Hierzu ist die Sensoreinrichtung 52 in einem Bereich einer den Stoß 55 verdeckenden Seite 56 angeordnet. Der Stoß 55 ist hier als ein T-Stoß zwischen einem ersten Verbindungspartner 57 und einem zweitem Verbindungspartner 58 ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Verbindungspartner 57 als ein Stegblech und der zweite Verbindungspartner 58 als ein Gurtblech ausgebildet. Die den Stoß 55 verdeckende Seite 56 des zweiten Verbindungspartners 58 ist vom ersten Verbindungspartner 57 und dem Stoß 55 abgewandt. Somit befinden sich auch der Fügekopf 49 und die Sensoreinrichtung 52 in einem von dem ersten Verbindungspartner 57 und dem Stoß 55 abgewandten Bereich.
  • Die Sensoreinrichtung 52 ist bei diesem Beispiel benachbart zum Fügekopf 49 angeordnet und zusammen mit dem Fügekopf 49 bewegbar. Des Weiteren ist die Sensoreinrichtung 52 in Richtung der den Stoß 55 verdeckenden Seite 56 und auf die Fügenaht 54 ausgerichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinrichtung 52 zum Messen einer Schweißtiefe bzw. Eindringtiefe des Wärmequellenstrahls 19 ausgebildet. Mittels der Sensoreinrichtung 52 ist eine Durchschweißung detektierbar. Der Fügekopf 49 wird in Abhängigkeit von einer Auswertung der Daten der Sensoreinrichtung 52 mittels der Steuerung 51 gesteuert.
  • Der erste Verbindungspartner 57 weist im Bereich des Stoßes 55 eine Materialverdickung 59 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Materialverdickung 59 spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene des ersten Verbindungspartners 57 ausgebildet. Mit der Materialverdickung 59 ist eine Stirnseite für den ersten Verbindungspartner 57 bereitgestellt, die breiter ist als die Dicke des ersten Verbindungspartners 57 außerhalb der Materialverdickung 59. Zum Herstellen der Fügeverbindung 48 ist der Wärmequellenstrahl 19 auf die verdeckende Seite 56 des zweiten Verbindungspartners 58 gerichtet. Aufgrund der Materialverdickung 59 ergibt sich beim verdeckten Fügen oder Verschweißen des Stoßes 55 ein größerer Fügebereich und/oder Toleranzbereich, wie dies hier mit dem Doppelpfeil 60 angedeutet ist.
  • 19 zeigt eine schematische, teilweise perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung 48 mit einem Teilanschluss. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der erste Verbindungspartner 57 eine Materialverdickung 61 auf, die anstelle von konvex gebogenen Kanten wie bei der Materialverdickung 59 gemäß 18 geradlinig ausgebildete Kanten aufweist.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Bahn 53 der Fügenaht 54 Dreieckschwingungen auf. Sobald die Sensoreinrichtung 52 eine Durchschweißung an einer ersten Seite 64 eines Fügebereiches 63 detektiert, wie dies hier beispielhaft an der Durchschweißstelle 62 der Fall ist, wird die Bahn 53 korrigiert. Aufgrund der Änderung der Bahn 53 wird die Fügenaht 53 von der ersten Seite 64 des Fügebereiches 63 in Richtung einer von der ersten Seite 64 abgewandten zweiten Seite 65 des Fügebereiches 63 gelenkt. Hierbei erfolgt die Änderung der Bahn derart, dass zwischen der ursprünglichen Bahn 53 vor der Durchschweißstelle 62 und der geänderten Bahn 53 nach der Durchschweißstelle 62 ein stumpfer Winkel ist. Aufgrund dieser Führung der Fügenaht 53 ergibt sich ein Teilanschluss des ersten Verbindungspartners 57 mit dem zweiten Verbindungspartner 58 im Bereich des Stoßes 55.
  • 20 zeigt eine schematische, teilweise perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zum Herstellen einer verdeckten Fügeverbindung 48 mit einem Vollanschluss. Hier hat der erste Verbindungspartner 57 eine Materialverdickung 66 mit konvex gebogenen Kanten ähnlich zu der Materialverdickung 59 gemäß 18.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel oszilliert bzw. pendelt die Bahn 53 der Fügenaht zwischen der ersten Seite 64 und der zweiten Seite 65 des Fügebereiches 63 hin und her. Die Richtungsänderung an der ersten Seite 64 bzw. der zweiten Seite 65 erfolgt jeweils nach der Detektion einer Durchschweißung mittels der Sensoreinrichtung 52.
  • Das Oszillieren bzw. Pendeln ergibt sich aufgrund einer entsprechenden Bewegung des Fügekopfes 49 bzw. des Wärmequellenstrahls 19, wie dies hier mit dem Doppelpfeil 67 angedeutet ist. Gemäß diesem Beispiel ist die Oszillations- bzw. Pendelbewegung quer zu einer Längserstreckung des Stoßes 55 ausgerichtet.
  • Die aufgrund der pendelnden und/oder oszillierenden Führung der Bahn 53 unmittelbar nebeneinander liegenden Abschnitte der Fügenaht 54 gehen ineinander über, wodurch ein Vollanschluss des ersten Verbindungspartners 57 mit dem zweiten Verbindungspartner 58 im Bereich des Stoßes 55 realisiert wird. Die Richtungsänderung der Bahn 53 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel an der ersten Seite 64 bzw. der zweiten Seite 65 des Fügebereiches 63 derart, dass zwischen der Bahn 53 vor der jeweiligen Durchschweißstelle 62 und der geänderten Bahn 53 nach der jeweiligen Durchschweißstelle 62 ein spitzer Winkel ist. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind hier nicht alle Durchschweißstellen 62 mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Mit den Daten der Sensoreinrichtung 52 bezüglich der Durchschweißstellen 62 wird ein Mittelpunkt und/oder eine Mittelpunktlinie, wie hier gemäß der gestrichelten Linie 68 angedeutet, berechnet. Somit ist die Lage des Stoßes 55 bzw. des ersten Verbindungspartners 57 bestimmbar. Insbesondere wird die Oszillation auf den berechneten Mittelpunkt und/oder die berechnete Mittelpunktlinie 68 ausgerichtet.
  • 21 zeigt vier Seitenansichten a, b, c, d eines ersten Verbindungspartners 57 mit unterschiedlichen Querschnitten im Bereich einer jeweiligen Materialverdickung 59, 61, 66, 69. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind sämtliche Materialverdickungen 59, 61, 66, 69 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Hier ergibt sich die Spiegelsymmetrie in Bezug zu einer Mittelebene des ersten Verbindungspartners 57 und/oder zu einer Mittellinie 68 des ersten Verbindungspartners 57, wie beispielhaft in 20 gezeigt.
  • Gemäß der Variante a weist der erste Verbindungspartner 57 eine Materialverdickung 61 mit geradlinigen Kanten 70, 71 auf. Die Kanten 70, 71 verlaufen schräg und/oder quer zur Mittelebene des ersten Verbindungspartners 57. Aufgrund der Materialverdickung 61 ist der Rand des ersten Verbindungspartners 57 verbreitert. Es ergibt sich eine verbreiterte Stirnseite 72, die als Anlagefläche zur Ausbildung eines Stoßes mit einem hier nicht näher dargestellten zweiten Verbindungspartner 58 dient.
  • Die Variante b zeigt den ersten Verbindungspartner 57 mit einer Materialverdickung 66. Hierbei erstrecken sich zunächst geradlinige Kantenabschnitte 73, 74 rechtwinklig zur Mittelebene des ersten Verbindungspartners 57. Sodann gehen die geradlinigen Kantenabschnitte 73, 74 in gebogene Kantenabschnitte 75, 76 über. Hier sind die Kantenabschnitte 75, 76 konvex gebogen. Des Weiteren sind die gebogenen Kantenabschnitte 75, 76 bei diesem Ausführungsbeispiel als Viertelkreisbögen ausgebildet. Die Stirnseite 72 ist mittels der Materialverdickung 66 verbreitert.
  • Gemäß der Variante c hat der erste Verbindungspartner 57 eine Materialverdickung 69 mit konkav gebogenen Kantenabschnitten 77, 78. Aufgrund der gebogenen Kantenabschnitte 77, 78 ist der Rand des ersten Verbindungspartners 57 und somit auch die Stirnseite 72 verbreitert. Ein Übergang von den gebogenen Kantenabschnitten 77, 78 zu der Stirnseite 72 weist bei diesem Ausführungsbeispiel geradlinige Kantenabschnitte 79, 80 auf. Die geradlinigen Kantenabschnitte 79, 80 erstrecken sich parallel zur Mittelebene des ersten Verbindungspartners 57.
  • Die Variante d zeigt den ersten Verbindungspartner 57 mit einer Materialverdickung 59 mit konvex gebogenen Kanten 81, 82. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kanten 81, 82 als Kreisbogenabschnitte ausgebildet. Auch aufgrund der Materialverdickung 59 ergibt sich eine verbreiterte Stirnseite 72.
  • Neben den hier explizit dargestellten Querschnitten der Materialverdickungen 59, 61, 66, 69 sind eine Vielzahl weitere Querschnitte und/oder Formen denkbar, die zu einer Verbreiterung der Stirnseite 72 führen.
  • 22 zeigt ein schematisches Ablaufdiagram für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungspartners 15, 16, 37, 43, 57 mit einer Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69. Nach dem Start des Verfahrens gemäß Schritt S 10 wird gemäß Schritt S 11 das Material 10, 29 bereitgestellt. Das Material 10, 29 ist aus einem Metall oder einem thermoplastischen Kunststoff.
  • Sodann erfolgt gemäß Schritt S 12 ein Aufschmelzen des Randes 11, 27, 30, 40, 45. Hierzu wird der Spot 20, 25 eines Wärmequellenstrahls 19, 23 auf den Rand 11, 27, 30, 40, 45 gerichtet und an diesem entsprechend eines Bestrahlungsmusters entlang gefahren.
  • Durch die in den Rand 11, 27, 30, 40, 45 eingebrachte thermische Energie wird der Rand 11, 27, 30, 40, 45 aufgeschmolzen. Aufgrund der auf den sich im schmelzflüssigen Zustand befindenden Rand 11, 27, 30, 40, 45 wirkenden Oberflächenspannung bildet sich eine Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 gemäß Schritt S 13 aus.
  • Diese Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 wird sodann gemäß Schritt S 14 erstarrt. Hierbei kann das Erstarren durch Abkühlen der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 an der Umgebungsluft oder durch aktives Abführen der Wärme, beispielsweise durch Zuführen und Abführen eines Fluids, erfolgen.
  • Sodann erfolgt gemäß Schritt S 15 eine Nachbearbeitung der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69. Das Nachbearbeiten beinhaltet eine thermische und/oder mechanische Bearbeitung der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69, beispielsweise durch Umformen und/oder eine spanende Bearbeitung. In einer alternativen Ausführungsform kann die Nachbearbeitung gemäß Schritt S 15 vor dem, insbesondere vollständigen, Erstarren der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69, vorzugsweise in einem warmen oder aufgeschmolzenen Zustand, gemäß Schritt S 14 erfolgen. Insbesondere ein Umformen der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69, beispielsweise zum Einbringen einer Randkontur, kann hierdurch erleichtert werden.
  • Des Weiteren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform nach dem Erstarren der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 gemäß Schritt S 14 eine Wärmebehandlung gemäß Schritt S17 erfolgen. Beispielweise kann im Rahmen der Wärmebehandlung gemäß Schritt S17 ein Ausscheidungshärten durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach der Nachbearbeitung gemäß Schritt S 15 eine Wärmebehandlung gemäß Schritt S 18 erfolgen. Vorzugsweise wird im Rahmen der Wärmebehandlung gemäß Schritt S 18 ein Rekristallisationsglühen durchgeführt. Die Wärmebehandlungen gemäß den Schritten S 17 und/oder S 18 können auf den Bereich der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 beschränkt sein oder das gesamte Material 10, 29 betreffen.
  • 23 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung 48. Nach dem Start des Verfahrens gemäß Schritt S 20 wird mit Schritt S 21 ein erster Verbindungspartner 15, 37, 43, 57 und ein zweiter Verbindungspartner 16, 38, 44, 58 bereit gestellt. Hierbei kann der erste Verbindungspartner 15, 37, 43, 57 als ein Stegblech und der zweite Verbindungspartner 16, 38, 44, 58 als ein Gurtblech ausgebildet sein.
  • Vor dem eigentlichen Fügeprozess wird gemäß Schritt S 22 zunächst eine Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 hergestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Rand des ersten Verbindungspartners 15, 37, 43, 57, der in einem Eckstoß, I-Stoß oder T-Stoß 55 mit dem zweiten Verbindungspartner 16, 38, 44, 58 verbunden bzw. gefügt werden soll, aufgedickt.
  • Nach der Herstellung der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 erfolgt gemäß Schritt S 23 eine Nachbearbeitung der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69. Das Herstellen der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 und deren Nachbearbeitung kann gemäß dem Verfahren nach 22 erfolgen.
  • Aufgrund der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 und/oder der Nachbearbeitung kann eine verbreiterte Stirnseite 31, 72 bzw. ein verbreiteter Fügebereich 63 bereitgestellt werden. Hierdurch ist ein Toleranzbereich vergrößert, innerhalb dessen ein hinreichender Teilanschluss oder Vollanschluss hergestellt werden kann.
  • Sodann erfolgt gemäß Schritt S 24 ein verdecktes Fügen des ersten Verbindungspartners 15, 37, 43, 57 mit dem zweiten Verbindungspartner 16, 38, 44, 58. Hierbei wird ein Tiefschweißen des Stoßes 55 durchgeführt, wobei der Wärmequellenstrahl 19 ausgehend vom Fügekopf 49 in Richtung der den Stoß 55 verdeckenden Seite 56 des zweiten Verbindungspartners 44, 58 gerichtet ist.
  • Während des Fügens gemäß Schritt S 25 wird gleichzeitig Lage des Stoßes 55 ermittelt und/oder die Bahn 53 der Fügenaht 54 gemäß Schritt S 25 überwacht und die Bahn 53 der Fügenaht 54 gemäß Schritt S 26 gesteuert.
  • Das Steuern der Bahn 53 wird mittels der Steuerung 51 realisiert. Hierzu wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Bewegung des Fügekopfes 40 und damit die Ausrichtung des Wärmequellenstrahls 19 mittels der Steuerung 51 gesteuert. Die Steuerung 51 berücksichtigt hierbei die Daten, die sich aus der Ermittlung der Lage des Stoßes 55 und/oder der Überwachung der Bahn 53 gemäß Schritt S 25 ergeben. Insbesondere werden die Daten der Sensoreinrichtung 52 mittels der Steuerung 51 ausgewertet und/oder weiterverarbeitet.
  • Das Überwachen der Bahn 53 der Fügenaht 54 gemäß Schritt S 25 wird in Hinblick auf ein Austreten der Bahn 53 und/oder der Fügenaht 54 aus einem vorgegebenen Fügebereich 63 durchgeführt. Hierbei wird der Fügebereich 63 aufgrund der Gestaltung oder des Querschnittes der Materialverdickung 12, 39, 46, 59, 61, 66, 69 festgelegt und/oder bestimmt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel misst die Sensoreinrichtung 52 während des Fügens kontinuierlich eine Schweißtiefe oder Eindringtiefe des Wärmequellenstrahls 19 in den Fügebereich 63 bzw. Stoß 55. Bei einer Durchschweißung ist keine Schweißtiefe oder Eindringtiefe messbar. Dies wird dann als ein Austreten der Bahn 53 und/oder der Fügenaht 54 aus dem Fügebereich 63 und/oder den Stoß 55 gewertet. Die Steuerung 51 veranlasst darauf hin eine Richtungsänderung der Bahn 53, so dass die Fügenaht 54 zurück in den Fügebereich 63 geführt wird.
  • Das Verfahren endet gemäß Schritt S 27 nach dem Fügen des Stoßes 55 mit einem Teilanschluss oder Vollanschluss.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Material
    11
    Rand
    12
    Materialverdickung
    13
    Wärmebehandlungseinrichtung
    14
    Verbindung
    15
    Erster Verbindungspartner / Halbzeug
    16
    Zweiter Verbindungspartner / Halbzeug
    17
    Spalt
    18
    Seitenfläche
    19
    Wärmequellenstrahl
    20
    Spot
    21
    Pfeil
    22
    Stirnseite
    23
    Weiterer Wärmequellenstrahl
    24
    Weitere Seitenfläche
    25
    Weiterer Spot
    26
    Öffnung
    27
    Rand
    28
    Pfeil
    29
    Material
    30
    Rand
    31
    Stirnseite
    32
    Pfeil
    33
    Mantelfläche
    34
    Pfeil
    35
    Pfeil
    36
    Verbindung
    37
    Erster Verbindungspartner / Halbzeug
    38
    Zweiter Verbindungspartner
    39
    Materialverdickung
    40
    Rand
    41
    Entgasungsspalt
    42
    Weiterer Entgasungsspalt
    43
    Erster Verbindungspartner / Halbzeug
    44
    Zweiter Verbindungspartner
    45
    Rand
    46
    Materialverdickung
    47
    Vorrichtung
    48
    Fügeverbindung
    49
    Fügekopf
    50
    Strahleinrichtung
    51
    Steuerung
    52
    Sensoreinrichtung
    53
    Bahn
    54
    Fügenaht
    55
    Stoß
    56
    Verdeckende Seite
    57
    Erster Verbindungspartner
    58
    Zweiter Verbindungspartner
    59
    Materialverdickung
    60
    Doppelpfeil
    61
    Materialverdickung
    62
    Durchschweißstelle
    63
    Fügebereich
    64
    Erste Seite
    65
    Zweite Seite
    66
    Materialverdickung
    67
    Doppelpfeil
    68
    Gestrichelte Linie
    69
    Materialverdickung
    70
    Kante
    71
    Kante
    72
    Stirnseite
    73
    Geradliniger Kantenabschnitt
    74
    Geradliniger Kantenabschnitt
    75
    Gebogener Kantenabschnitt
    76
    Gebogener Kantenabschnitt
    77
    Gebogener Kantenabschnitt
    78
    Gebogener Kantenabschnitt
    79
    Geradliniger Kantenabschnitt
    80
    Geradliniger Kantenabschnitt
    81
    Kante
    82
    Kante
  • 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
    • DE 102014009737 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN ISO 2553 [0013]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung (48), insbesondere einer Schweißverbindung, bei dem ein erster Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und ein zweiter Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) bereitgestellt werden, eine Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) am ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und/oder am zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) im Bereich der vorgesehenen Fügeverbindung (48) hergestellt wird, und ein Stoß (55) des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) mit dem zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) verdeckt gefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des verdeckten Fügens eine Lage des Stoßes (55) und/oder eine Bahn (53) einer Fügenaht (54) mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (52) überwacht und/oder ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (53) der Fügenaht (54) mittels einer Steuerung (51) gesteuert wird, insbesondere wird die Bahn (53) der Fügenaht (54) mit der Steuerung (51) und unter Berücksichtigung der Überwachung mittels der Sensoreinrichtung (52) gesteuert und/oder korrigiert, vorzugsweise wird mittels Daten der Sensoreinrichtung (52) ein Mittelpunkt und/oder eine Mittellinie (68) für die Bahn (53) der Fügenaht (54) in Bezug auf den Stoß (55) des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) mit dem zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) berechnet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (52) in einem Bereich der den Stoß (55) verdeckenden Seite (56) des ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) angeordnet wird, insbesondere wird die Sensoreinrichtung (52) der verdeckenden Seite (56) und/oder der Fügenaht (54) zugewandt ausgerichtet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoreinrichtung (52) ein Austreten der Bahn (53) und/oder der Fügenaht (54) aus einem vorgegebenen Fügebereich (63) detektiert wird, insbesondere entspricht eine Breite des vorgegebenen Fügebereichs (63) mindestens der Dicke des ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und/oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) mit oder ohne Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69), vorzugsweise wird ein Vollanschluss, insbesondere in Bezug auf die Dicke des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) und/oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) mit oder ohne Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69), des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) mit dem zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) im Bereich des Stoßes (55) hergestellt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (52) eine Durchschweißung detektiert, insbesondere wird mit der Sensoreinrichtung (52) eine Schweißtiefe gemessen, vorzugsweise wird eine Durchschweißung detektiert, wenn keine Schweißtiefe messbar ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Detektion einer Durchschweißung die Bahn (53) der Fügenaht (54) korrigiert wird, insbesondere wird bei einer Detektion einer Durchschweißung auf einer ersten Seite (64) eines Fügebereiches (63) die Bahn (53) der Fügenaht (54) mit einer Richtungskomponente in Richtung einer von der ersten Seite (64) abgewandten zweiten Seite (65) des Fügebereiches (63) korrigiert, vorzugsweise ergibt sich eine Bahn (53) der Fügenaht (54) in der Gestalt von mindestens einer Dreieckschwingung oder von mehreren Dreieckschwingungen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (53) der Fügenaht (54) pendelnd und/oder oszillierend geführt wird, insbesondere wird aufgrund der pendelnden und/der oszillierenden Führung der Bahn (53) der Fügenaht (54) ein Vollanschluss hergestellt, vorzugsweise erfolgt bei einer Detektion einer Durchschweißung eine Richtungsänderung der Bahn (53) der Fügenaht (54) von einer ersten Seite (64) eines Fügebereichs (63) in Richtung einer von der ersten Seite (64) abgewandten zweiten Seite (65) des Fügebereiches (63).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) eine Schweißnahtqualität und/oder ein a-Maß eingestellt und/oder vorgegeben wird, insbesondere weist die Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) einen Querschnitt mit geradlinigen, gebogenen, konvexen und/oder konkaven Kanten (70, 71, 81, 82) und/oder Kantenabschnitten (73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80) auf, vorzugsweise wird die Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) in einem Rand (11, 27, 30, 40, 45) des ersten Verbindungspartners (15, 37, 43, 57) und/oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) hergestellt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und/oder der zweite Verbindungspartner (16, 38, 44, 58) mindestens einen Rand (11, 27, 30, 40, 45) hat und das Material (10, 29) des ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und/oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) mindestens in einem Abschnitt des Randes (11, 27, 30, 40, 45) mittels einer Wärmequelle aufgeschmolzen wird, wobei das aufgeschmolzene Material (10, 29) die Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) am Rand (11, 27, 30, 40, 45) bildet, vorzugsweise wird die Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) nachbearbeitet, wobei die erstarrte und nachbearbeitete Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69) eine größere Materialdicke aufweist als das Material (10, 29) außerhalb der Materialverdickung (12, 39, 46, 59, 61, 66, 69).
  10. Vorrichtung zum Herstellen einer Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Steuerung (51) zum Steuern einer Bahn (53) einer Fügenaht (54) und mit einer Sensoreinrichtung (52) zum Ermitteln einer Lage des Stoßes (55) und/oder zum Überwachen der Bahn (53) der Fügenaht (54), insbesondere mit einem Fügekopf (49) und/oder einem Schweißkopf, deren Bewegung mittels der Steuerung (51) steuerbar ist, vorzugsweise hat der Fügekopf (54) und/oder der Schweißkopf eine Strahleinrichtung (50), insbesondere eine Laserstrahlschweißeinrichtung, zum Herstellen der Fügeverbindung (48).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (52) in einem Bereich der den Stoß (55) verdeckenden Seite (56) des ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) oder des zweiten Verbindungspartners (16, 38, 44, 58) angeordnet ist, insbesondere ist die Sensoreinrichtung (52) der verdeckenden Seite (56) und/oder der Fügenaht (54) zugewandt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (52) benachbart zum Fügekopf (49) und/oder Schweißkopf angeordnet ist, insbesondere ist die Sensoreinrichtung (52) zusammen mit dem Fügekopf (49) und/oder dem Schweißkopf bewegbar und/oder steuerbar, vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung (52) zum Messen einer Schweißtiefe eines Wärmequellenstrahls (19) der Strahleinrichtung (50) ausgebildet.
  13. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zum Herstellen einer Fügeverbindung (48) zwischen einem ersten Verbindungspartner (15, 37, 43, 57) und einem zweiten Verbindungspartner (16, 38, 44, 58), insbesondere wird ein T-Stoß (55) und/oder ein Eckstoß verdeckt gefügt.
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