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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung sowie eine Anlage nach den Ansprüchen 10 und 11.
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Stand der Technik
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Die Herstellung von Baugruppen aus Einzelbauteilen ist bekannt und erfolgt beispielsweise durch Verschweissen der Einzelbauteile. Hierbei können Schweisszangen zum Einsatz kommen.
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Werden Einzelbauteile durch mehrere Schweissungen miteinander verschweisst, so erfolgen diese zumeist sequentiell.
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Ferner ist ein Tandemschweissen bekannt. Hierbei wird beispielsweise eine Schweissnaht erzeugt, indem zwei in enger Nachbarschaft angeordnete Schweissköpfe mit leicht versetzten Eingriffstellen die Schweissoperation durchführen. Ferner ist eine Variante des Tandemschweissens bekannt, bei welchem die zu verbindenden Einzelbauteile verschweisst werden, indem die Schweissnaht gleichzeitig von ihrer Ober- und ihrer Unterseite aufgebracht wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aus zumindest zwei Einzelbauteilen bereitgestellt werden, bei welchem die Einzelbauteile durch Schweissen verbunden werden, wobei die durchzuführenden Schweissungen in kürzerer Zeit durchgeführt werden.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aus zumindest zwei Einzelbauteilen werden die Einzelbauteile miteinander verschweisst und sämtliche zur Verbindung der Einzelbauteile nötigen Schweissungen werden zeitgleich vorgenommen. Es werden somit unterschiedliche Schweissaufgaben an unterschiedlichen Stellen der Einzelbauteile bzw. der Baugruppe gleichzeitig vorgenommen.
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Mit der vorliegenden Erfindung können beliebige Baugruppen hergestellt werden, deren Einzelbauteile aus schweissbaren Werkstoffen bestehen. Insbesondere ist an Baugruppen aus Metall gedacht, welche als Getriebeteile zum Einsatz kommen.
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Die Einzelbauteile können durch Strahlschweissen, beispielsweise durch Laserstrahlschweissen oder durch Elektronenstrahlschweissen miteinander verbunden werden.
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Zur Durchführung der Schweissungen können mehrere Strahlquellen zum Einsatz kommen. Hierbei kann daran gedacht sein, dass zur Durchführung jeder Schweissung je eine Strahlquelle zum Einsatz kommt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die eigentliche Schweissung, also die Zeit, in der der Schweissstrahl auf die zu verbindenden bzw. zu verschweissenden Einzelbauteile aufgebracht wird, oftmals nur wenige Sekunden dauert, während eine Vor- und Nachbereitung der Schweissung mehrere Minuten in Anspruch nehmen kann. Werden, wie gemäss dem Stand der Technik üblich, sequentielle Schweissungen durchgeführt, so ist die Vor- und Nachbereitung der zeitlimitierende Schritt. Werden hingegen sämtliche Schweissungen möglichst zeitgleich vorgenommen, so ist die am längsten dauernde Schweissung der zeitlimitierende Schritt.
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Unter einer Schweissung wird hierbei eine Schweissoperation, also das Anfertigen einer Schweissnaht oder eines Schweisspunktes verstanden.
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Unter Vor- und Nachbereitung werden sämtliche Schritte verstanden, welche zur Bestückung und zur korrekten Positionierung der Einzelbauteile vor der Schweissung sowie zur Entnahme der durch Schweissung bzw. Schweissungen hergestellten Baugruppe nötig sind. Hierunter fallen beispielsweise Greiferoperationen und Greiferpositionierung, falls die Einzelbauteile von Greifern gehalten werden, sowie Einstellung und Positionierung der Schweissvorrichtung oder der Schweissvorichtungen bzw. der Schweissanlage.
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Unter zeitgleich vorgenommene Schweissungen fallen im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise mehrere Schweissungen, die im Wesentlichen zeitgleich beginnen. Werden beispielsweise mehrere Schweissnähte erzeugt, so entspricht die Dauer der Schweissungen bzw. die Zeitspanne, in welcher sämtliche Schweissungen durchgeführt werden, derjenigen Zeitspanne, welche die Schweissung der längsten Schweissnaht in Anspruch nimmt. Die am längsten dauernde separate Schweissung ist der zeitlich limitierende Schritt. Es kann daran gedacht sein, während der Zeitspanne, innerhalb der die längste Schweissnaht erzeugt wird, an anderer Stelle mehrere kurze Schweissungen vorzunehmen.
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Vorzugsweise werden sämtliche Schweissungen zur Herstellung der Baugruppe derart gleichzeitig vorgenommen, dass alle Schweissungen in derjenigen Zeitspanne vorgenommen werden, welche für die zeitlich längste Schweissung aufgebracht werden muss.
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Die nachfolgend beschriebenen Vorteile stellen sich bei sämtlichen Varianten des erfindungegemässen Verfahrens ein, insbesondere, wenn mehrere Strahlquellen zum Einsatz kommen und ganz besonders, wenn für jede Schweissung eine separate Strahlquelle zum Einsatz kommt. Ferner treten die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders dann hervor, wenn die zu verschweissenden Einzelbauteile durch mehrere Schweissungen verbunden werden sollen.
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Im Gegensatz zu anderen Schweissverfahren können separate aber eng benachbarte Schweisspunkte und/oder Schweissnähte durch Strahlschweissen zeitglich erzeugt werden, da an den durch Schweissung zu verbindenden Abschnitten beispielsweise keine raumgreifenden Schweisszangen zum Einsatz kommen. Stattdessen ist zur Erzeugung jeder Schweissnaht bzw. jedes Schweisspunkts üblicherweise nur ein Kopf vorhanden, aus welchem der Schweissstrahl austritt, der wiederum einen sehr geringen Durchmesser aufweist. Ist der Kopf ein Stück von der Schweissnaht oder dem Schweisspunkt beabstandet und hat der Schweissstrahl, gemessen vom Austrittspunkt zum Schweisspunkt oder zu der Schweissnaht, eine Länge von zumindest mehreren Millimetern, so können problemlos separate aber eng benachbarte Schweisspunkte und/oder Schweissnähte erzeugt werden, da die Köpfe sich nicht gegenseitig behindern und die Schweissstrahlen aufgrund ihres geringen Durchmessers einander ebenfalls nicht behindern.
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Da sämtliche zu verbindenden Einzelbauteile im Wesentlichen gleichzeitig durch die Schweissung erwärmt werden und danach im Wesentlichen gleichzeitig abkühlen, wird beispielsweise ein unerwünschter Wärmeverzug vermieden. Somit können beispielsweise Leichtbauvorrichtungen aus dünnwandigen Einzelbauteilen gefertigt werden, bei deren Verschweissen die Gefahr von Wärmeverzug besonders gross ist. Werden beispielsweise zwei Schweissungen sequentiell durchgeführt kann ein einer zweiten Schweissung auftretender Wärmeverzug dazu führen, dass beispielsweise die bei einer ersten Schweissung erzeugte Schweissnaht aufbricht bzw. sich die bei der ersten Schweissung verbundenen Einzelbauteile erneut trennen.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt einen effektiveren Einsatz der bekannten Fertigungstechnik.
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Durch ein effizientes Laserlichtmanagement können Schweisszeiten mit dem erfindungsgemässen Verfahren maximal ausgelastet werden.
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Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es ferner möglich, ein Sortiment zu fertigender Baugruppen in einer einzigen Anlage oder Vorrichtung herzustellen.
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Ein Tandemschweissen ist problemlos in das erfindungsgemässe Verfahren integrierbar.
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Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es, verschiedene Bearbeitungszustände der Einzelbauteile bzw. der zu fertigenden Baugruppe zu verketten. So kann beispielsweise daran gedacht sein, zunächst einen Unterzusammenbau und sodann einen Zusammenbau bzw. eine Baugruppe herzustellen.
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Ferner erlaubt das vorliegende Verfahren eine dynamische Positionierung sowie eine maximale Ausbringung.
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Werden die Einzelbauteile durch Laserstrahlschweissen miteinander verbunden, so kann daran gedacht sein, dass ein oder mehrere Diodenlaser als Laserquelle bzw. Laserquellen zum Einsatz kommt bzw. kommen. Diodenlaser sind günstig in der Anschaffung und weisen eine ausreichende Strahlleistung auf, um beispielsweise die Schweissung von Baugruppen vorzunehmen, welche in Getrieben verbaut werden.
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Ferner kann aber auch an den Einsatz von einem oder mehreren YAG-Lasern, einem oder mehreren CO2-Lasern oder einem oder mehreren Faserlasern gedacht sein. Selbstverständlich kann auch an den Einsatz anderer Laserquellen gedacht sein.
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Kommen mehrere Laserquellen zum Einsatz, so kann daran gedacht sein, entweder gleichartige Laserquellen, beispielsweise ausschliesslich Diodenlaser, oder verschiedenartige Laserquellen einzusetzen, wobei beispielsweise an sämtliche der vorstehend genannten Laserquellen gedacht sein kann.
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Die Einzelbauteile können mittels zumindest einer geeigneten Vorrichtung derart aufgenommen oder zugeführt werden, dass sämtliche zu schweissenden Abschnitte der Einzelbauteile den Schweissstrahlen zugänglich sind.
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Von der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung zumindest einer der Varianten des vorstehend beschriebenen Verfahrens umfasst. Weiter ist auch eine Anlage umfassend mehrere dieser Vorrichtungen umfasst. Eine solche Vorrichtung verfügt vorzugsweise über zumindest einen Kopf bzw. Schweisskopf, aus welchem der Schweissstrahl austritt.
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Sowohl die Vorrichtung bzw. Schweissvorrichtung als auch die Anlage bzw. Schweissanlage kann so ausgelegt sein, dass die Einzelbauteile derart aufgenommen werden, dass die zu verschweissenden Abschnitte bzw. Schweissbereiche freigestellt und somit beispielsweise für den Schweisskopf zugänglich sind.
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Es kann daran gedacht sein, entweder unterschiedliche oder gleichartige Vorrichtungen im Fertigungstakt zu verwenden.
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Die Vorrichtung, die Anlage und das erfindungsgemässe Verfahren sind vorzugsweise jeweils so ausgelegt bzw. eingerichtet, dass Stillstandszeiten minimiert werden. Dies kann durch ein entsprechendes Logistikkonzept erfolgen, welches beispielsweise eine möglichst schnelle Bestückung und Entnahme der Vorrichtung bzw. der Anlage umfasst und mit Hinblick auf das erfindungsgemässe Verfahren vorstehend bereits beschrieben wurde.
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Die Vorrichtung, die Anlage und das Verfahren können so ausgelegt bzw. eingerichtet sein, dass während der Herstellung einer ersten Baugruppe bereits die Einzelbauteile, welche nach Fertigstellung und Entnahme der ersten Baugruppe zu einer zweiten Baugruppe verschweisst werden sollen, bereits in der Vorrichtung bzw. der Anlage oder in ihrer Nähe positioniert werden.