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Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserschweißverfahren, wie Remote-Laserschweißverfahren, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Werkstücke in einer Spannvorrichtung, die ein oberes Durchtrittsöffnungen für Laserstrahlung aufweisendes Spannelement aufweist sowie einen Innenraum begrenzt, zueinander positioniert werden, und in dem Innenraum eine Gas- wie Luftführung z.B. zum Wegführen von beim Schweißen entstehendem Plasma erfolgt.
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Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Spannanordnung zum Positionieren von mittels Laserstrahlung zu schweißenden Werkstücken, umfassend eine ein oberes Durchtrittsöffnungen für Laserstrahlung aufweisendes Spannelement, wie eine Spannplatte, sowie einen Innenraum begrenzende Spannvorrichtung, eine Gas- wie Luftführung und eine mit der Gasführung verbundene Gaszuführungseinrichtung, wie Gebläse.
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Der
JP 2006007237 ist eine Anordnung zur Durchführung eines Laserschweißverfahrens zu entnehmen. In einem ein zu schweißendes Werkstück fixierenden Niederhalter ist eine Öffnung für eine Gasführung vorgesehen.
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Nach der
EP 1 785 215 B1 werden Bleche zwischen einer unteren und einer oberen Spannplatte fixiert, um sodann einen Laserstrahl mit Hilfe eines Ablenkspiegels nacheinander durch in einer Spannplatte vorhandene Öffnungen auf mehrere Schweißstellen zu richten, damit die Bleche miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
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Das beim Schweißen entstehende Plasma wird über einen Luftleitkanal weggeführt, der zwischen der mit den Öffnungen versehenen Spannplatte und den der Spannplatte zugewandten Blechen begrenzt ist. Hierzu ist es erforderlich, dass mittels einer Konsole ein Gebläse starr an einem Ende der Spannplatte befestigt wird, entlang der die zu schweißenden Bleche verlaufen. Da die Luft in einem Randbereich der zu verschweißenden Bleche eintritt, kann die in den Luftkanal eintretende Luft dem Grunde nach nicht zur Kühlung in Bereichen der Bleche benutzt werden, die von der Kanaleintrittsseite entfernt liegen. Auch ist die diesbezügliche Anordnung ausschließlich zum Schweißen von plattenförmigen Elementen geeignet, da andernfalls der erforderliche Luftkanal nicht ausgebildet werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Spannanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im gewünschten Umfang eine gezielte Gas- wie Luftführung auch dann erfolgen kann, wenn dreidimensionale Werkstücke, die begrifflich auch Bauteile einschließen, geschweißt werden sollen. Auch soll die Möglichkeit bestehen, gezielt Bereichen Gas zuzuführen bzw. gegebenenfalls im erforderlichen Umfang Bereiche zu kühlen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Gasführung durch eine beabstandet zu den Werkstücken verlaufende und sich entlang einer Begrenzung der Spannvorrichtung erstreckende Gasleiteinrichtung erfolgt.
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Abweichend vom Stand der Technik wird für die Luftführung ein zu verschweißendes Werkstück bzw. Bauteil selbst nicht benötigt, da eine von diesem gesonderte Gasleiteinrichtung zum Einsatz gelangt. Hierdurch bedingt kann gegebenenfalls ein gewünschtes Positionieren der Gasleiteinrichtung zu den zu schweißenden Bauteilen bzw. Schweißbereichen erfolgen. Das Gas muss nicht entlang des gesamten Werkstückes strömen, kann vielmehr gezielt zu gewünschten Bereichen geführt werden, so dass entstehendes Plasma gezielt weggeführt werden kann. Folglich ist eine Prozessstabilität gewährleitstet. Die erzielten Vorteile bietet der Stand der Technik nicht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass als Gasleiteinrichtung ein gegebenenfalls abschnittsweise einen abgewinkelten Rand aufweisender plattenförmiger Körper, wie Blechkörper, verwendet wird.
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Bei dem Körper handelt es sich somit entweder um einen plattenförmigen Körper oder einen wannenförmigen Flachkörper, der vorzugsweise eine Begrenzung der Gasführung bildet. Die weitere Begrenzung wird durch die Spannvorrichtung selbst gebildet, und zwar insbesondere über das von der Laserstrahlung durchsetzte Spannelement, das die hierzu erforderlichen Öffnungen aufweist. Ungeachtet dessen kann sich die Gasleiteinrichtung auch entlang der Öffnungen erstrecken, ohne dass ein Gasaustritt erfolgt, da sich durch das zwischen dem plattenförmigen Körper und der Begrenzung strömende Gas ein Venturi-Effekt ergibt.
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Die Gasleiteinrichtung, d.h., deren Bodenwandung oder bei einer wannenförmigen Ausbildung gegebenenfalls ein Randbereich weist im erforderlichen Umfang Öffnungen auf, um Gas gezielt zu den Werkstücken bzw. deren Bereichen zu führen, in denen Schweißungen erfolgen, um ein unmittelbares Ausströmen aus der Spannvorrichtung zu verhindern.
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Insbesondere weist die Luftleiteinrichtung in dem Bereich Ränder auf, in dem eine Positionierung der Leiteinrichtung am Rand der Spannvorrichtung erfolgt, um ein unmittelbares Ausströmen aus der Spannvorrichtung zu verhindern.
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Eine Spannanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Gasführung zumindest durch eine Gasleiteinrichtung begrenzt oder durch diese gebildet ist, die sich entlang einer Begrenzung der Spannvorrichtung erstreckt und beabstandet zu den Werkstücken verläuft.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Gasleiteinrichtung ein plattenförmiger Körper mit gegebenenfalls zumindest abschnittsweise abgewinkeltem Rand, insbesondere ein Blechelement, ist.
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Um Gas gezielt wegzuführen, ist insbesondere vorgesehen, dass die Gasleiteinrichtung ein oder mehrere Gasleitelemente, wie Rippen, Stege oder Leitbleche, aufweist, die gegebenenfalls abschnittsweise über der Gasleiteinrichtung vorstehen.
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Dabei können Gasleitelemente kanalförmig verlaufende Gasführungen begrenzen.
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Die Geometrie der Gasleiteinrichtung in Draufsicht kann den konstruktiven Anforderungen der Spannvorrichtung und/oder der Geometrie der zu schweißenden Werkstücke angepasst bzw. auf diese ausgerichtet sein.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Gasleiteinrichtung in Draufsicht eine U-Form aufweist. Somit besteht die Möglichkeit, peripher zu verschweißende Werkstücke zu umgeben, um somit unmittelbar Gas in Richtung der Schweißbereiche gerichtet strömen zu lassen.
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Die Gaszuführung erfolgt insbesondere über die Bodenwandung der Gasleiteinrichtung.
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Vorteilhaft ist des Weiteren, dass die Möglichkeit besteht, dass ein wirksamer Strömungsquerschnitt der Gasleiteinrichtung bzw. des zwischen der begrenzungsseitig offenen Gasleiteinrichtung und der Begrenzung der Spannvorrichtung verlaufenden Zwischenraums variiert.
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Erfindungsgemäß können partielle Erhöhungen, Verbreiterungen oder Querschnittsverringerungen erfolgen, um Strömungseffekte zu erzielen. Hierdurch besteht die Möglichkeit des Lenkens bzw. Dosierens der Gasströmung.
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Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Gasleiteinrichtung mit dem oberen Spannelement verbunden ist. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Gasleiteinrichtung mit der Bodenplatte der Spannvorrichtung zu verbinden.
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Unabhängig hiervon kann vorgesehen sein, dass die Gasleiteinrichtung positionsveränderbar in dem Innenraum der Spannvorrichtung anordbar ist.
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Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Gaseinrichtung so auszubilden, dass die vorhandenen Öffnungen querschnittsmäßig veränderbar sind, wodurch eine individuelle Anpassung der Gasströmung und -führung an die Werkstücke und Schweißbereiche erfolgen kann.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer Spannvorrichtung zur Nutzung bei einem Remote-Laserschweißverfahren,
- 2 im Schnitt einen Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 2 und
- 3 die Vorrichtung gemäß 1 in Seitenansicht.
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Den Figuren, in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eine Spannvorrichtung 10 zu entnehmen, in der Werkstücke bzw. Bauteile wie Sitzschalen und Streben oder Karosseriebauteil mittels Remote-Laserschweißverfahren geschweißt werden sollen. Dabei wird ein Laserstrahl z. B. mittels eines Ablenkspiegels oder mittels motorischer Achsen auf eine Vielzahl von Schweißpunkten von Werkstücken gerichtet. Infolgedessen müssen die Werkstücke lagegenau positioniert werden. Gleichzeitig müssen die erforderlichen Durchtrittsöffnungen vorhanden sein, damit die Laserstrahlung hindurchtreten kann. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Techniken verwiesen.
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Da beim Schweißen Plasma entsteht, können hierdurch Intensitätsverluste auftreten. Auch können Wärmeentwicklungen zu Ausdehnungen der Werkstücke führen, wodurch nicht gewünschte Ortsveränderungen der Schweißbereiche auftreten könnten.
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Um diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Prozessstabilität sicherzustellen, erfolgt eine Gasführung in der Spannvorrichtung 10 derart, dass Plasma weggeführt und gegebenenfalls im gewünschten Umfang eine Kühlung erfolgen kann. Auch werden beim Schweißen auftretende Partikel entfernt.
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Die Spannvorrichtung 10 weist - wie bei üblichen Konstruktionen - eine obere Spannplatte 12 und eine untere Spannplatte oder ein Spannbett 14 auf, zwischen denen zu schweißende Werkstücke lagegenau fixiert werden.
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In der Spannvorrichtung 10 sind mehrere Werkstücke unterschiedlicher Geometrien fixiert. Beispielhaft sind drei obere Bauteile mit den Bezugszeichen 16, 18, 20 gekennzeichnet, die mit nicht näher gekennzeichneten unteren Bauteile verschweißt werden sollen.
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Die obere Spannplatte 12 weist hierzu erforderliche Öffnungen 17, 19, 21 auf.
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Um das beim Schweißen auftretende Plasma bzw. sonstige Partikel wegzuführen und gegebenenfalls eine gewünschte Kühlung zu erreichen, ist eine Gasleiteinrichtung 24 vorgesehen, die sich entlang der Unterseite 26 der oberen Spannplatte 12 erstreckt. Über die Gasleiteinrichtung 24 wird Gas gezielt zu Bereichen der Werkstücke bzw. Bauteile 16, 18, 20 geführt, in denen Schweißungen erfolgen. Dies soll durch die in den Figuren dargestellten Pfeile vereinfacht dargestellt werden.
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Insbesondere wird als Gas Luft benutzt, ohne dass hierdurch die erfindungsgemäße Lehre eingeschränkt werden soll.
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Bei der nachstehend als Luftleiteinrichtung bezeichneten Gasleiteinrichtung 24 handelt es sich um einen Blechkörper, der in Draufsicht eine U-Geometrie aufweist, wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist. Die U-förmige Luftleiteinrichtung 24 kann ein plattenförmiger Blechkörper sein, der beabstandet zur Unterseite 24 der oberen Spannplatte 12 verläuft. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass Ränder des plattenförmigen Körpers 24 in Richtung der Unterseite 26 abgewinkelt sind, so dass sich bereichsweise ein wannenförmiger Flachkörper ergibt. Entsprechende Ränder sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die Luftleiteinrichtung 24 im Randbereich der Spannvorrichtung 10 befinden würde, um sicherzustellen, dass nicht Luft seitlich aus dem randseitig verlaufenden Bereich der Luftleiteinrichtung 24 und damit der Spannvorrichtung 10 austreten kann.
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Der Zwischenraum zwischen der Leiteinrichtung 24, d.h. dessen Bodenwandung 25 und der Unterseite 26 der Spannplatte 12 bildet somit eine Führung für die dem Zwischenraum zugeführte Luft, die sodann über Öffnungen 28 in dem parallel zur Unterseite 26 verlaufenden Bereich der Luftleiteinrichtung 24 bzw. Öffnungen 30 im Randbereich austreten kann, wie insbesondere durch die 3 verdeutlicht wird.
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Ferner besteht die Möglichkeit, dass die der Unterseite 26 der Spannplatte 12 zugewandte Seite der Luftleiteinrichtung 24 Leiteinrichtungen wie Leitbleche 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 aufweist, die vorzugsweise paarweise einander zugeordnet sind, um Luftleitkanäle zu bilden, die derart ausgerichtet sind, dass gezielt zu gewünschten Bereichen der zu verschweißenden Werkstücke 16, 18, 20 Luft strömen kann, wie die Figuren verdeutlichen.
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Dabei können die Leitbleche 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 zueinander im gewünschten Umfang einen Winkel einschließen, um gezielt Richtung bzw. Geschwindigkeit des strömenden Gases vorzugeben. Die Leitbleche 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 können auch über die Luftleiteinrichtung 24 vorstehen, wie die Figuren verdeutlichen.
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Der entlang der Unterseite 26 der oberen Spannplatte 12 verlaufende flächige Abschnitt, und zwar im Ausführungsbeispiel die Seitenschenkel 27, 29 der U-förmigen Luftleiteinrichtung 24, ist bzw. sind mit Rohren 48, 50 verbunden, die über ein Rohr 52 zu einem nicht dargestellten Gebläse führen, über die Luft der Luftleiteinrichtung 24 zugeführt wird.
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Die Luftleiteinrichtung 24 kann mit der oberen Spannplatte 12 verbunden sein. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, ein Fixieren über die untere Spannplatte 14 bzw. das Spannbett vorzunehmen.
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Die Luftleiteinrichtung 24 besteht insbesondere aus Blech, das - sofern erforderlich - randseitig abgekantet ist. Es handelt sich folglich um einen Flachkörper mit gegebenenfalls abschnittsweise vorhandenem Rand.
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Selbstverständlich wird die Erfindung nicht verlassen, wenn ein umlaufender Rand vorhanden ist, der in dem Bereich Öffnungen aufweist, in dem Luft austreten soll, die gerichtet zu den Bereichen der Werkstücke geführt werden soll, in denen Schweißungen durchgeführt werden.
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Auch wird von der Erfindung ein Luftaustrittsöffnungen aufweisender umfangsseitig geschlossener Flachkörper als Luftleiteinrichtung erfasst.
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Abweichend vom Stand der Technik kann Luft gezielt unmittelbar mehreren Schweißbereichen zugeführt werden, ohne dass zuvor andere Schweißbereiche überstrichen werden müssen. Die Führung der Luft hängt nicht von der Geometrie der zu schweißenden Werkstücke ab, da diese im eigentlichen Sinne eine Luftleitfunktion nicht ausüben müssen, wie dies nach dem Stand der Technik zwingend der Fall ist.
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Es kann problemlos Plasma weggeführt werden, so dass sich eine Prozessstabilität ergibt. Gleichzeitig kann im erforderlichen Umfang gekühlt werden.
