DE102019103361A1

DE102019103361A1 - Device and method for producing laser-welded metal sheets, in particular for clocking through such metal sheets and using the device and the method

Info

Publication number: DE102019103361A1
Application number: DE102019103361.6A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kapp
Original assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Current assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2020-08-13
Also published as: WO2020165140A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von lasergeschweißten Blechen mit mindestens einer Scanvorrichtung und mindestens einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden und/oder Schweißen von Blechen, wobei Mittel zum Halten, zum Schneiden und zum Schweißen zu bearbeitender Bleche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Schneiden und Schweißen ohne Zwischenschritt durchführbar ist.The invention relates to a device for producing laser-welded metal sheets with at least one scanning device and at least one laser processing device for cutting and / or welding metal sheets, with means for holding, cutting and welding sheets to be processed being designed and arranged such that cutting and welding can be carried out without an intermediate step.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von lasergeschweißten Blechen, insbesondere zum Durchtakten von lasergeschweißten Blechen. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung und eines Verfahrens zur Bearbeitung mindestens einer Mikrostrukturplatte. Unter Mikrostrukturplatten werden insbesondere dünnwandige Platten verstanden, die vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind. Entsprechende Mikrostrukturen mit hoher Präzision lassen sich insbesondere durch Hydroforming erzielen.The invention relates to a device and method for producing laser-welded metal sheets, in particular for cycling through laser-welded metal sheets. The invention also relates to the use of a corresponding device and a method for processing at least one microstructure plate. Microstructure plates are understood to mean in particular thin-walled plates which are preferably made from a metallic material. Corresponding microstructures with high precision can be achieved in particular by hydroforming.

In einer speziellen Ausführungsform betrifft die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von aus mindestens zwei Einzelplatten durch Laserverschweißen hergestellten Bipolarplatten, vorzugsweise für Brennstoffzellen geeignete Bipolarplatten. Dazu werden insbesondere zwei oder mehr vorgefertigte Mikrostrukturplatten mit einer entsprechenden Vorrichtung beschnitten und verschweißt. Dabei kann die Reihenfolge des Schneidens und Schweißens abhängig von dem jeweils zu bearbeitenden Werkstück beliebig festgelegt werden. Unabhängig davon ist auch ein mehrmaliger Wechsel zwischen Schneiden und Schweißen und/oder ein gleichzeitiges Schneiden und Schweißen möglich.In a special embodiment, the invention relates in particular to a device and a method for producing bipolar plates produced from at least two individual plates by laser welding, preferably bipolar plates suitable for fuel cells. For this purpose, in particular two or more prefabricated microstructure plates are cut and welded with a corresponding device. The sequence of cutting and welding can be determined as required depending on the workpiece to be machined. Independently of this, a multiple change between cutting and welding and / or simultaneous cutting and welding is also possible.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung insbesondere zur Bearbeitung von metallischen Platten mit geringer Dicke gemacht wurde. Diesbezüglich wird insbesondere auf Plattendicken von maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,25 mm und weiter bevorzugt maximal 0,2 mm oder sogar maximal 0,1 mm verwiesen.It should be noted that the invention was made in particular for processing metal plates with a small thickness. In this regard, reference is made in particular to plate thicknesses of a maximum of 1 mm, preferably a maximum of 0.5 mm, particularly preferably a maximum of 0.25 mm and more preferably a maximum of 0.2 mm or even a maximum of 0.1 mm.

Aus DE 20 2011 050 208 U1 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur allgemeinen Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl bekannt, die einen ortsfesten Rahmen, eine Laserscanvorrichtung, eine Werkstückhalterung und eine zumindest in zwei Dimensionen steuerbare Strahlablenkeinheit aufweist. Die Vorrichtung soll es ermöglichen, einen Bearbeitungsbereich eines zu bearbeitenden Werkstücks abzuscannen. Zur Durchführung von Relativbewegungen zwischen dem ortsfesten Rahmen und der Werkstückhalterung einerseits sowie zwischen der Laserscanvorrichtung und dem ortsfesten Rahmen andererseits sind eine erste Manipulationseinrichtung und eine zweite Manipulationseinrichtung vorgesehen. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung ist ausschließlich in Verbindung mit dem Laserstrahlschweißen beschrieben und soll insbesondere für die Herstellung eines durch Verschweißen mehrerer Einzelteile gefertigten Getriebeteils eingesetzt werden, beispielsweise für eine Schaltwelle, eine Schaltwalze, eine Rastierhülse eine Schaltgabel oder als ein Führungskasten oder ein Lenksäulengehäuse aus dem Lenkungsbereich eines Kraftfahrzeuges. Es wird auch darauf verwiesen, dass der Laserstrahl einer solchen Vorrichtung alternativ für andere Bearbeitungsverfahren ausgelegt sein kann, beispielsweise zum Härten oder Löten.Out DE 20 2011 050 208 U1 a laser processing device for general processing of a workpiece with a laser beam is known which has a stationary frame, a laser scanning device, a workpiece holder and a beam deflection unit that can be controlled at least in two dimensions. The device should make it possible to scan a machining area of a workpiece to be machined. A first manipulation device and a second manipulation device are provided for performing relative movements between the stationary frame and the workpiece holder on the one hand and between the laser scanning device and the stationary frame on the other. This laser processing device is described exclusively in connection with laser beam welding and is to be used in particular for the production of a transmission part made by welding several individual parts, for example for a shift shaft, a shift drum, a locking sleeve, a shift fork or as a guide box or a steering column housing from the steering area of a motor vehicle . It is also pointed out that the laser beam of such a device can alternatively be designed for other processing methods, for example for hardening or soldering.

Aus DE 10 2010 022 094 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Grundplatte für eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle bekannt. Das Verfahren umfasst das Ausschneiden einer Grundplatte per Remote-Laserschneiden aus einem Ausgangsmaterial, ein optionales Nachbearbeiten durch Glätten von Schneidrändern der Grundplatte und/oder ein Reinigen der Grundplatte, insbesondere mittels einer Laserstrahlbearbeitung und/oder mittels einer Elektronenstrahlbearbeitung. In Verbindung mit dem Remote-Laserschneiden wird auf die Verwendung von Strahlablenkeinheiten mit einem oder mehreren Spiegeln zum Lenken des Laserstrahls verwiesen, insbesondere auf eine Kombination Strahlablenkeinheiten mit rotierenden Facettenspiegeln und/oder verkippbaren Ablenkspiegeln. Mittels dieser Strahlablenkeinheiten, die auch dynamischer Scanner, Scannerkopf oder Spiegelscanner genannt werden, wird der Laserstrahl auf seine jeweilige Arbeitsposition auf dem zu bearbeitenden Ausgangsmaterial ausgerichtet und entlang eines vorgegebene Schneidweges geführt. Durch die Verwendung derartiger Strahlablenkeinheiten können relativ hohe Schneidgeschwindigkeiten am Ausgangsmaterial erzielt werden. In Verbindung mit der Elektronenstrahlbearbeitung und in Verbindung mit der Laserstrahlbearbeitung wird jeweils auch darauf verwiesen, dass mittels dieser Techniken zwei Grundplatten zu einer Bipolarplatte verschweißt werden und, wenn erforderlich, Oberflächen der zur Bipolarplatte verschweißten Grundplatten nochmal gereinigt werden.Out DE 10 2010 022 094 A1 a method and a device for producing a base plate for a bipolar plate of a fuel cell are known. The method includes cutting out a base plate by remote laser cutting from a starting material, optional post-processing by smoothing cutting edges of the base plate and / or cleaning the base plate, in particular by means of laser beam processing and / or by means of electron beam processing. In connection with remote laser cutting, reference is made to the use of beam deflection units with one or more mirrors for directing the laser beam, in particular a combination of beam deflection units with rotating facet mirrors and / or tiltable deflection mirrors. By means of these beam deflection units, which are also called dynamic scanners, scanner heads or mirror scanners, the laser beam is directed to its respective working position on the starting material to be processed and guided along a predetermined cutting path. By using such beam deflection units, relatively high cutting speeds can be achieved on the starting material. In connection with electron beam processing and in connection with laser beam processing, reference is made to the fact that these techniques are used to weld two base plates to form a bipolar plate and, if necessary, to clean the surfaces of the base plates welded to form a bipolar plate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchen ein qualitativ hochwertiges und besonders effizientes Schneiden (insbesondere Ausschneiden von Teilabschnitten und Beschneiden) und Schweißen von Blechen ermöglicht ist.The invention is based on the object of providing a device and a method with which high quality and particularly efficient cutting (in particular cutting out sections and trimming) and welding of sheet metal is made possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further advantages and practical embodiments of the invention are described in connection with the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von lasergeschweißten Blechen umfasst mindestens eine Scanvorrichtung und mindestens eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden und/oder Schweißen von Blechen. Ferner sind Mittel zum Halten, zum Schneiden und zum Schweißen zu bearbeitender Bleche derart ausgebildet und angeordnet, dass Schneiden und Schweißen ohne Zwischenschritt durchführbar ist. Im Falle eines Haltens durch Spannen entfällt insoweit insbesondere ein Umspannen. Im Falle einer anderen Haltetechnik können andere Zwischenschritte entfallen, die sonst erforderlich wären, beispielsweise im Falle eines Haltens mittels Magnetkraft das Lösen und erneute Fixieren, insbesondere durch Deaktivierung und Wieder-Aktivierung eines Elektromagnets. Mit dem vorstehend genannten Schweißen sind sowohl Schweißarbeiten an einem einzelnen Blech gemeint als auch das Verschweißen von zwei oder mehr Blechen zu einer Blecheinheit. So können beispielsweise zwei Bleche zu einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle verschweißt werden. Das Schweißen kann ein Verschweißen und somit ein Verbinden (Fügen) von zwei Elementen betreffen. Es kann aber alternativ auch funktional auf die Ausbildung von Schweißnähten gerichtet sein, um eine Kontaktierung zu erzielen, zwei Elemente zueinander in bestimmten Bereichen abzudichten und/oder eine Stützfunktion durch die mechanische Wirkung zu erzielen.A device according to the invention for producing laser-welded metal sheets comprises at least one scanning device and at least one laser processing device for cutting and / or welding metal sheets. Furthermore, means for holding, for cutting and for welding sheets to be processed are designed and arranged that cutting and welding can be carried out without an intermediate step. In the case of holding by tensioning, re-tensioning is particularly unnecessary. In the case of a different holding technique, other intermediate steps that would otherwise be required can be omitted, for example in the case of holding by means of magnetic force, releasing and renewed fixing, in particular by deactivating and reactivating an electromagnet. The above-mentioned welding means both welding work on a single sheet and the welding of two or more sheets to form a sheet unit. For example, two metal sheets can be welded to form a bipolar plate for a fuel cell. The welding can relate to a welding and thus a connection (joining) of two elements. Alternatively, however, it can also be functionally directed to the formation of weld seams in order to achieve contact, to seal two elements to one another in certain areas and / or to achieve a support function through the mechanical effect.

Als Mittel zum Halten eignen sich insbesondere Spannvorrichtungen, mittels welchen, ein oder mehrere zu bearbeitenden Bleche mechanisch durch Aufbringen einer geeigneten Spannkraft fixierbar sind. In diesem Fall ist die Vorrichtung insbesondere derart ausgebildet, dass Schweißen, Schneiden und optional auch Markieren von einem Blech oder mehreren Blechen ohne ein entsprechendes Umspannen möglich ist, so dass bedarfsweise eine Vielzahl von Arbeitsschritten, die ein- oder mehrmaliges Schneiden, Schweißen und/oder Markieren von Werkzeugen umfassen können, ohne zwischenzeitliches Verändern der Relativlage zwischen der Scanvorrichtung und der Laserbearbeitungsvorrichtung erfolgen kann. In diesem Fall entfällt als Zwischenschritt ein Umspannen. Dadurch lässt sich eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit und gleichzeitig eine hohe Fertigungsgenauigkeit und -qualität erzielen.Clamping devices, by means of which one or more metal sheets to be processed can be mechanically fixed by applying a suitable clamping force, are particularly suitable as means for holding. In this case, the device is designed in particular in such a way that welding, cutting and optionally also marking one sheet or more sheets is possible without a corresponding re-clamping, so that, if necessary, a large number of work steps that involve single or multiple cutting, welding and / or Marking of tools can take place without changing the relative position between the scanning device and the laser processing device in the meantime. In this case, no reclamping is required as an intermediate step. This enables a high production speed and, at the same time, a high production accuracy and quality to be achieved.

Als Einzelelemente zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich insbesondere alle am Markt verfügbaren, für den Zweck der Erfindung geeigneten Komponenten und Systeme. In Bezug auf das Laserscannersystem und das Laserbearbeitungssystem wird insbesondere auf Mehr-Achsen-Ablenkeinheiten, die auch als Remote-Laser bezeichnet werden. Es handelt sich dabei um Laserstrahlablenksysteme, die 2-achsig, 3-achsig oder anders mehrachsig aufgebaut sein können. Diese weisen vorzugsweise ein Spiegelsystem auf, das eine Bewegung des Laserstrahls ohne Bewegung der den Laser erzeugenden Vorrichtung ermöglicht. Dadurch ist die zu bewegende Masse der Ablenkeinheit (Spiegel o.ä.) sehr gering, wodurch sehr gute Bearbeitungsgeschwindigkeiten realisierbar sind. All components and systems that are available on the market and suitable for the purpose of the invention are particularly suitable as individual elements for realizing a device according to the invention. With regard to the laser scanner system and the laser processing system, special reference is made to multi-axis deflection units, which are also referred to as remote lasers. These are laser beam deflection systems that can have a 2-axis, 3-axis or other multi-axis structure. These preferably have a mirror system which enables the laser beam to move without moving the device generating the laser. As a result, the mass of the deflection unit (mirror or the like) to be moved is very small, so that very good processing speeds can be achieved.

Bei Verwendung einer derartigen Laservorrichtung sind die Masseeinflüsse durch Bewegung der Ablenkeinheit nahezu nicht existent und somit vernachlässigbar. In Verbindung mit derartigen Laservorrichtungen kann ferner eine optische Strahlaufweitung, die durch die Verwendung von Spiegeln und den Weg von der Erzeugung des Lasers bis zum Werkstück entsteht, mittels entsprechender Korrektursysteme kompensiert werden.When using such a laser device, the effects of mass due to the movement of the deflection unit are almost non-existent and are therefore negligible. In connection with such laser devices, an optical beam expansion, which is caused by the use of mirrors and the path from the generation of the laser to the workpiece, can also be compensated for by means of appropriate correction systems.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Bleche mittels Schweißen nahezu schmauchfrei und nahezu oxydfrei bei minimaler Begasung zu bearbeiten. Das Gleiche gilt analog auch für das Schneiden und Markieren von Blechen. Das Beschneiden kann nahezu gratfrei erfolgen und erfordert keinen oder nur geringen Nachbearbeitungsaufwand. Insgesamt lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielen.The device according to the invention makes it possible to process metal sheets by means of welding almost free of smoke and almost free of oxides with minimal gassing. The same also applies to cutting and marking sheet metal. Trimming can be done almost burr-free and requires little or no post-processing effort. Overall, a very high processing speed can be achieved with the device according to the invention.

Vorzugsweise ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nur genau eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen, die ein Schneiden, Schweißen und optional auch ein Markieren ermöglicht. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Verwendung von Laserbearbeitungsvorrichtungen verwiesen, die eine ausreichend große Bearbeitungsleistung für das Schneiden der zu bearbeitenden Bleche bereitstellen und gleichzeitig über eine geeignete Steuerung verfügen, die es ermöglicht, durch Reduzierung der Bearbeitungsleistung die gleiche Vorrichtung auch zum Zwecke des Schweißens und optional zusätzlich zum Zwecke des Markierens zu verwenden.In a device according to the invention, only one laser processing device is preferably provided which enables cutting, welding and optionally also marking. In this regard, reference is made in particular to the use of laser processing devices that provide a sufficiently high processing power for cutting the sheet metal to be processed and at the same time have a suitable control system that enables the same device to be used for welding purposes by reducing the processing power and optionally additionally to use for the purpose of marking.

Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf Laserbearbeitungsvorrichtungen verwiesen, die sich für die Bearbeitung von Mikrostrukturblechen eignen, welche für die Herstellung von Bipolarplatten eingesetzt werden. Derartige Laserbearbeitungsvorrichtungen stellen eine Bearbeitungsleistung von mehr als 1,0 kW, insbesondere Leistungen zwischen 1,0 und 2,0 kW bereit, um die Bleche durch Schneiden zu bearbeiten. Insbesondere wird auf eine Leistung von ungefähr 1,5 kW +/- 200 W verwiesen. Mittels einer geeigneten Steuerung kann die Bearbeitungsleistung auf Werte zwischen 250 W und 600 W reduziert werden, um eine Bearbeitung in Form von Schweißen zu ermöglichen. Hier wird insbesondere auf Werte von Bearbeitungsleistungen in der Größenordnung von 400 W +/- 200 W verwiesen. Wenn optional auch ein Markieren von Blechen möglich sein soll, ist es bevorzugt, wenn die Bearbeitungsleistung auch auf Werte zwischen 50 W und 150 W einstellbar ist, insbesondere auf Werte von 80 W +/- 20 W.In this regard, reference is made only by way of example to laser processing devices which are suitable for processing microstructured metal sheets which are used for the production of bipolar plates. Such laser processing devices provide a processing power of more than 1.0 kW, in particular powers between 1.0 and 2.0 kW, in order to process the metal sheets by cutting. In particular, reference is made to an output of approximately 1.5 kW +/- 200 W. By means of a suitable control, the processing power can be reduced to values between 250 W and 600 W in order to enable processing in the form of welding. In particular, reference is made here to values of processing powers in the range of 400 W +/- 200 W. If sheet metal marking is also to be possible as an option, it is preferred if the processing power can also be set to values between 50 W and 150 W, in particular to values of 80 W +/- 20 W.

Wenn eine Transportvorrichtung vorgesehen ist, um zu bearbeitende Bleche zu mindestens einer Scanvorrichtung und mindestens einer Laserbearbeitungsvorrichtung hin zu fördern, dort durch Schneiden und/oder Schweißen zu bearbeiten und bearbeitete Bleche anschließend aus der Vorrichtung heraus zu fördern, kann der Automatisierungsgrad weiter erhöht und die Effizienz einer entsprechenden Vorrichtung weiter verbessert werden.If a transport device is provided to transport sheets to be processed to at least one scanning device and at least one To convey the laser processing device, to process it there by cutting and / or welding and then to convey processed metal sheets out of the device, the degree of automation can be further increased and the efficiency of a corresponding device can be further improved.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Mittel zum Halten mindestens ein Trägerelement vorgesehen, in welches zu bearbeitende Bleche einlegbar sind, wobei das Trägerelement derart ausgebildet ist, dass sowohl ein Beschneiden als auch ein Schweißen von einem oder mehreren in einem Trägerelement eingelegten Blechen ermöglicht ist.In a further practical embodiment of a device according to the invention, at least one carrier element is provided as a means for holding, into which sheets to be processed can be inserted, the carrier element being designed in such a way that both trimming and welding of one or more sheets inserted in a carrier element is made possible.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn als Trägerelemente eine Vielzahl von Automatisierungsträger vorgehen sind, die zum Zusammenwirken mit einer Träger-Handhabungsvorrichtung derart ausgebildet sind, dass ein Durchtakten von Blechen in den Automatisierungsträgern ermöglicht ist. Als Automatisierungsträger werden dabei insbesondere solche Trägerelemente bezeichnet, die nicht nur zum temporären Anordnen von zu bearbeitenden Blechen für die Bearbeitung durch Schneiden, Schweißen und/oder Markieren eingesetzt werden, sondern die auch für Transportzwecke zum Fördern in eine erfindungsgemäße Vorrichtung hinein und/oder zum Fördern aus einer solchen Vorrichtung heraus eingesetzt werden.In this context, it is particularly advantageous if a large number of automation carriers are used as carrier elements, which are designed to interact with a carrier handling device in such a way that metal sheets in the automation carriers can be cycled through. Automation carriers are in particular those carrier elements that are used not only for the temporary arrangement of sheets to be machined for machining by cutting, welding and / or marking, but also for transport purposes for conveying into a device according to the invention and / or for conveying can be used from such a device.

Der Durchsatz durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich weiter erhöhen, wenn eine Verfahreinheit vorgesehen ist, die es ermöglicht, zu bearbeitende Bleche in einer Richtung quer zu einer Förderrichtung der Transportrichtung zu verfahren, um diese temporär aus einer durch die Transportvorrichtung vorgegebenen Förderlinie auszutakten und außerhalb der Förderlinie zu bearbeiten. Dies ermöglicht es, die Bearbeitung durch Schneiden, Schweißen und/oder Markieren von anderen Prozessen, insbesondere vor- oder nachgelagerten Prozessen zu entkoppeln. Dies kann insbesondere genutzt werden, um eine Taktrate für das Schneiden, Schweißen und/oder Markieren zu erzielen, die geringer ist als die Bearbeitungszeit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wenn beispielsweise in einem vorgelagerten Prozess durch Hydroforming ein Blech mit einer Taktrate von 2 Sekunden zu einer Mikrostrukturplatte umgeformt wird, kann - auch wenn die Bearbeitungszeit in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 Sekunden betragen würde, durch das Vorsehen einer Transporteinheit und eine geeignete Installation von drei Bearbeitungsstationen mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine Taktrate von 2 Sekunden für die Bearbeitung durch Schneiden, Schweißen und/oder Markieren realisiert werden.The throughput through a device according to the invention can be further increased if a moving unit is provided which makes it possible to move sheets to be processed in a direction transverse to a conveying direction of the conveying direction in order to temporarily clock them out of a conveying line specified by the conveying device and outside of the Edit the funding line. This makes it possible to decouple the processing by cutting, welding and / or marking from other processes, in particular upstream or downstream processes. This can be used in particular to achieve a cycle rate for cutting, welding and / or marking that is less than the processing time in the device according to the invention. If, for example, a metal sheet is formed into a microstructure plate by hydroforming in an upstream process at a cycle rate of 2 seconds, even if the processing time in a device according to the invention would be 6 seconds, by providing a transport unit and suitable installation of three processing stations devices according to the invention a cycle rate of 2 seconds for processing by cutting, welding and / or marking can be realized.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen vorzugsweise Spannvorrichtungen als Haltemittel vorgesehen sind. In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist die Verfahreinheit entweder als Mittel zum Halten in Form einer Spannvorrichtung ausgebildet, oder die Verfahreinheit ist mit einer Spannvorrichtung kombiniert. Dabei ermöglicht es die Spannvorrichtung durch geeignete Ausbildung und Anordnung relativ zu den übrigen Elementen der Vorrichtung, ein oder mehrere Bleche oder Trägerelemente mit einem oder mehreren eingelegten Blechen aus einer Transportebene in eine Bearbeitungsebene zu fördern und -insbesondere durch Spannen - für eine anschließende Bearbeitung zu fixieren.It has already been pointed out that clamping devices are preferably provided as holding means in devices according to the invention. In a further practical embodiment, the moving unit is designed either as a means for holding in the form of a clamping device, or the moving unit is combined with a clamping device. With a suitable design and arrangement relative to the other elements of the device, the clamping device enables one or more metal sheets or support elements with one or more inserted metal sheets to be conveyed from a transport level to a processing level and, in particular by clamping, to be fixed for subsequent processing .

Besonders bevorzugt ist es, wenn eine erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgelegt ist, dass eine Transportebene 0 vorgesehen ist und die Bearbeitung der Bleche in einer von der Transportebene 0 verschiedenen Bearbeitungsebene 1 erfolgt, insbesondere derart, dass die Bleche während der Bearbeitung mittels Schweißen, Schneiden und/oder Markieren aus der Transportebene 0 ausgetaktet sind und anschließend optional wieder in diese Transportebene eingetaktet werden. Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn die Bleche mittels einer Spannvorrichtung von der Transportebene 0 in die Bearbeitungsebene 1 befördert werden und zur Fixierung in der Bearbeitungsebene 1 gegen eine Widerlagerebene 2 gespannt werden. Dazu können in der Widerlagerebene 2 Spannflächen, Spannmasken, Spannbrillen oder sonstige geeignete Spannelemente angeordnet sind. Weiter bevorzugt ist es, wenn die Widerlagerebene 2 auch Anschlüsse für die entsprechende Spannvorrichtung und/oder für optionale weitere Funktionen der Vorrichtung bereitstellt. Diesbezüglich wird insbesondere auf Gasanschlüsse, Sensoren, Druckquellen (Überdruck und/oder Unterdruck), hydraulische und/oder pneumatische Komponenten etc. verwiesen.It is particularly preferred if a device according to the invention is designed in such a way that a transport level 0 is provided and the processing of the sheets takes place in a processing level 1 different from the transport level 0, in particular in such a way that the sheets during processing by means of welding, cutting and / or marking are clocked out of transport level 0 and then optionally clocked back into this transport level. It has proven to be particularly suitable if the metal sheets are conveyed from the transport level 0 to the processing level 1 by means of a clamping device and are clamped against an abutment level 2 for fixing in the processing level 1. For this purpose, clamping surfaces, clamping masks, clamping glasses or other suitable clamping elements can be arranged in the abutment plane 2. It is further preferred if the abutment plane 2 also provides connections for the corresponding clamping device and / or for optional further functions of the device. In this regard, reference is made in particular to gas connections, sensors, pressure sources (overpressure and / or underpressure), hydraulic and / or pneumatic components, etc.

Die Fixierung erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Transportebene während der Bearbeitung zur Förderung von weiteren Blechen oder Trägerelementen mit einem oder mehreren eingesetzten Blechen zur Verfügung steht und genutzt werden kann. So kann eine einzelne Transportlinie Bauraum sparend mit zwei oder mehr sequentiell angeordneten und parallel nutzbaren Bearbeitungsstationen kombiniert werden. Selbstverständlich können zwei oder mehr Bearbeitungsstationen auch räumlich parallel angeordnet werden, wobei dann zusätzlich ein seitliches Verfahren der zu bearbeitenden Bleche erforderlich ist.The fixation is preferably carried out in such a way that the transport plane is available and can be used during processing for conveying further metal sheets or carrier elements with one or more inserted metal sheets. A single transport line can be combined with two or more sequentially arranged and parallel processing stations to save installation space. Of course, two or more processing stations can also be arranged spatially parallel, in which case a lateral movement of the metal sheets to be processed is also required.

Wenn besonders kurze Taktraten realisiert werden sollen, sind bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Scanvorrichtungen und Laserbearbeitungsvorrichtungen vorgesehen, wobei jeweils mindestens eine Scanvorrichtung und eine Laserbearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitungsstation bilden und dementsprechend zwei oder mehr Bearbeitungsstationen vorgesehen sind.If particularly short clock rates are to be achieved, a plurality of scanning devices and laser processing devices are provided in a device according to the invention, with at least one scanning device and one laser processing device each form a processing station and two or more processing stations are accordingly provided.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von lasergeschweißten Blechen mit einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Vielzahl von Blechen mittels der Vorrichtung durchgetaktet, d.h. kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich bearbeitet.The invention also relates to a method for producing laser-welded metal sheets with a device as described above. According to a method according to the invention, a plurality of metal sheets are clocked through by means of the device, i. E. processed continuously or quasi-continuously.

Vorzugsweise wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich mindestens einer der folgenden Verfahrensschritte durchgeführt, wobei auch gleichzeitig oder in beliebiger geeigneter Reihenfolge nacheinander mehrere dieser Verfahrensschritte durchgeführt werden können:

a) Transportieren von zu bearbeitenden Bleche zu mindestens einer Scanvorrichtung und mindestens einer Laserbearbeitungsvorrichtung hin, Bearbeiten durch Schneiden, Schweißen und/oder Markieren, Herausfördern bearbeiteter Bleche aus der Vorrichtung,
b) Einlegen von zu bearbeitenden Blechen in Trägerelemente und anschließendes Bearbeiten durch Schweißen, Schneiden und/oder Markieren in dem jeweiligen Trägerelement,
c) Verfahren von zu bearbeitenden Blechen oder von Trägerelementen mit einem oder mehreren eingelegten Blechen aus einer Transportebene in eine Bearbeitungsebene, um eine Bearbeitung durch Schneiden und/oder Schweißen in einer von der Transportebene abweichenden Bearbeitungsebene durchzuführen,
d) Zuordnung und Verfahren von Automatisierungsträgern an unterschiedliche Bearbeitungsstationen, um eine Taktrate beim Durchtakten zu erzielen, die geringer ist als die Bearbeitungszeit in der jeweiligen Bearbeitungsstation,
e) Fixieren von einem Blech oder mehreren Blechen mittels einer Spannvorrichtung vor der Bearbeitung durch Schneiden, Schweißen und/oder Markieren und anschließende kontinuierliche Bearbeitung mit mindestens zwei der Bearbeitungsverfahren Schneiden, Schweißen und Markieren in dem fixierten Zustand,
f) Fixieren von einem Blech oder mehreren Blechen durch Verwendung einer Spannvorrichtung,
g) Verwenden einer Spannvorrichtung zum Verfahren von zu bearbeitenden Blechen oder von Trägerelementen mit einem oder mehreren eingelegten Blechen aus einer Transportebene in eine von der Transportebene abweichende Bearbeitungsebene,
h) Verwendung von optischen und/oder geometrischen Referenzpunkten auf zu bearbeitenden Blechen, um diese mittels einer Greifvorrichtung zu greifen und zu bewegen und/oder um die Relativposition eines Blechs relativ zu einem anderen Blech und/oder die Relativposition eines Blechs zu einem Trägerelement bzw. einem Automatisierungsträger zu überprüfen.

In a method according to the invention, at least one of the following method steps is preferably also carried out, and several of these method steps can also be carried out simultaneously or in any suitable sequence:

a) Transporting metal sheets to be processed to at least one scanning device and at least one laser processing device, processing by cutting, welding and / or marking, conveying processed metal sheets out of the device,
b) Inserting the metal sheets to be processed into carrier elements and subsequent processing by welding, cutting and / or marking in the respective carrier element,
c) Moving sheet metal to be processed or carrier elements with one or more inserted sheets from a transport level to a processing level in order to carry out processing by cutting and / or welding in a processing level that differs from the transport level,
d) Allocation and method of automation carriers to different processing stations in order to achieve a cycle rate when clocking that is lower than the processing time in the respective processing station,
e) Fixing one sheet or more sheets by means of a clamping device before machining by cutting, welding and / or marking and subsequent continuous machining with at least two of the machining processes cutting, welding and marking in the fixed state,
f) Fixing one or more sheets of metal using a clamping device,
g) Use of a clamping device for moving sheet metal to be processed or carrier elements with one or more inserted sheets from a transport level to a processing level that deviates from the transport level,
h) Use of optical and / or geometric reference points on sheets to be processed in order to grip and move them by means of a gripping device and / or to determine the relative position of a sheet relative to another sheet and / or the relative position of a sheet to a carrier element or to check an automation carrier.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung und/oder eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Bearbeitung mindestens einer Mikrostrukturplatte durch Schwei-ßen, Schneiden und/oder Markieren der mindestens einen Mikrostrukturplatte. Dabei wird insbesondere auf Mikrostrukturplatten verwiesen, die für die Herstellung von Bipolarplatten, Wärmetauscherplatten, Reformerplatten oder Mikroreaktorplatten genutzt werden.The invention also relates to the use of a device as described above and / or a method as described above for processing at least one microstructure plate by welding, cutting and / or marking the at least one microstructure plate. Reference is made in particular to microstructure plates which are used for the production of bipolar plates, heat exchanger plates, reformer plates or microreactor plates.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der nachfolgend erläuterten schematischen 1 dargestellt.An embodiment of a device according to the invention is shown in the schematic explained below 1 shown.

Bei der in 1 schematisch dargestellten Vorrichtung 10 handelt es sich um eine Ausführungsform mit drei voneinander unabhängigen Bearbeitungsstationen 12a, 12b, 12c. In diesen Bearbeitungsstationen 12a, 12b, 12c ist jeweils mindestens eine nicht dargestellte Scanvorrichtung und mindestens eine nicht dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen, mit welchen die - ebenfalls nicht dargestellten, zu bearbeitenden Bleche gescannt und durch Laserbestrahlung bearbeitet werden können. Für den Transport von zu bearbeitenden Blechen sind Automatisierungsträger 14a, 14b, 14c, 14d vorgesehen. Ein oder mehrere, in den Automatisierungsträger jeweils eingesetzte Bleche (nicht gezeigt) werden in einer Förderrichtung gemäß dem Pfeil F in einer Transportebene T0 transportiert.At the in 1 device shown schematically 10 it is an embodiment with three independent processing stations 12a , 12b , 12c . In these processing stations 12a , 12b , 12c at least one scanning device, not shown, and at least one laser processing device, not shown, are provided with which the metal sheets to be processed - also not shown - can be scanned and processed by laser irradiation. Automation carriers are used to transport sheet metal to be processed 14a , 14b , 14c , 14d intended. One or more metal sheets (not shown) inserted into the automation support are moved in a conveying direction according to the arrow F in a transport plane T0 transported.

Ausgehend von der Transportebene TO können die Automatisierungsträger 14a, 14b, 14c, 14d mittels einer nicht dargestellten Spannvorrichtung in Richtung der Doppelpfeile E1, E2, E3 in eine Bearbeitungsebene B1 angehoben werden. In diesem Zustand werden die Bleche mit den Automatisierungsträgern gegen entsprechende - hier nur schematisch als ein Block dargestellte Widerlager 16 gespannt, die in einer Widerlagerebene W2 angeordnet sind.Starting from the transport level TO, the automation carriers 14a , 14b , 14c , 14d by means of a clamping device (not shown) in the direction of the double arrows E1, E2, E3 in a working plane B1 be raised. In this state, the metal sheets with the automation carriers are against corresponding abutments - here only shown schematically as a block 16 excited to be in an abutment plane W2 are arranged.

Die Anordnung der Bearbeitungsstationen 12a, 12b, 12c ist so realisiert, dass von den entsprechenden, nicht dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtungen erzeugte Laserstrahlen ungehindert, vorzugsweise unter Verwendung von geeigneten Ablenkeinrichtungen (Spiegel) auf ein sich in der Bearbeitungsebene B1 befindliches Blech (oder mehrere solcher Bleche) gelenkt werden können, um eine präzise Bearbeitung durch Schneiden, Schweißen oder Markieren bewirken zu können. Wie in 1 erkennbar ist werden die Automatisierungsträger ausgetaktet, indem sie für die Bearbeitung mittels der Bearbeitungsstationen 12a, 12b, 12c die Transportebene TO verlassen. Nach der Bearbeitung werden die Automatisierungsträger mit den bearbeiteten Blechen in dieser Ausführungsform wieder eingetaktet und in der Transportebene TO aus der Vorrichtung 10 herausgefördert. Das Ein- und Austakten hat den Vorteil, dass während der Bearbeitung in einer der Bearbeitungsstationen 12a, 12b, 12c die Transportebene TO nutzbar bleibt, um andere Automatisierungsträger weiter zu transportieren.The arrangement of the processing stations 12a , 12b , 12c is realized in such a way that laser beams generated by the corresponding laser processing devices (not shown) are unhindered, preferably with the use of suitable deflection devices (mirrors) on one in the processing plane B1 located sheet (or several such sheets) can be steered to allow precise machining by cutting, welding or To be able to effect marking. As in 1 It can be seen that the automation carriers are clocked out by means of the processing stations for processing 12a , 12b , 12c leave the transport level TO. After the processing, the automation carriers with the processed metal sheets are clocked in again in this embodiment and removed from the device in the transport level TO 10 promoted out. The clocking in and out has the advantage that during processing in one of the processing stations 12a , 12b , 12c the transport level TO remains usable to transport other automation carriers on.

So kann beispielsweise, wie in 1 dargestellt, der Automatisierungsträger 14b an dem Automatisierungsträger 14c in Förderrichtung F vorbei gefördert und gemäß dem Pfeil E1 zur Bearbeitungsstation 12a transportiert werden, während gleichzeitig der Automatisierungsträger 14d aus der Bearbeitungsebene B1 gemäß dem Pfeil E1 in die Transportebene TO zurück und dann in der Transportebene TO aus der Vorrichtung heraus transportiert wird. Gleichzeitig wird der Automatisierungsträger 14c in der Bearbeitungsstation 12b bearbeitet.For example, as in 1 shown, the automation carrier 14b on the automation support 14c conveyed past in conveying direction F and according to arrow E1 to the processing station 12a be transported while at the same time the automation carrier 14d from the working plane B1 according to the arrow E1 back into the transport level TO and then transported out of the device in the transport level TO. At the same time becomes the automation carrier 14c in the processing station 12b processed.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in der Figur sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the figure and in the claims can be essential both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments. The invention is not restricted to the embodiments described. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the competent specialist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202011050208 U1 [0004]
DE 102010022094 A1 [0005]

Claims

Device for producing laser-welded metal sheets with at least one scanning device and at least one laser processing device for cutting and / or welding metal sheets, characterized in that means for holding, cutting and welding sheets to be processed are designed and arranged in such a way that cutting and welding without Intermediate step is feasible.

Device according to the preceding claim, characterized in that a transport device is provided to convey sheets to be processed to at least one scanning device and at least one laser processing device, to process them there by cutting and / or welding and then to convey processed sheets out of the device .

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one carrier element is provided as the means for holding, into which sheets to be processed can be inserted, the carrier element being designed in such a way that both trimming and welding of the sheets inserted therein is possible is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of automation carriers are provided as carrier elements, which are designed to interact with a carrier handling device in such a way that sheet metal in the automation carriers can be cycled through.

Device according to one of the three preceding claims, characterized in that a moving unit is provided which makes it possible to move sheets to be processed in a direction transverse to a conveying direction of the conveying direction in order to temporarily clock them out of a conveying line specified by the conveying device and outside of the Edit the funding line.

Device according to the preceding claim, characterized in that the moving unit is designed as a means for holding in the form of a clamping device or that the moving unit is combined with a clamping device which enables one or more sheets or support elements with one or more inserted sheets of metal from a transport plane to convey into a processing plane and to fix (especially by clamping) for subsequent processing.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that several scanning devices and laser processing devices are provided, with at least one scanning device and one laser processing device each forming a processing station.

Process for the production of laser-welded sheet metal with a device according to one of the Claims 1 - 7th , characterized in that a plurality of metal sheets is clocked through by means of the device.

The method according to the preceding claim, characterized in that at least one of the following process steps is carried out: a) Transporting sheets to be processed to at least one scanning device and at least one laser processing device, processing by cutting, welding and / or marking, conveying processed sheets out of the Device, b) inserting sheets to be processed into carrier elements and subsequent processing by welding, cutting and / or marking in the respective carrier element, c) moving sheets to be processed or carrier elements with one or more inserted sheets from a transport level to a processing level, in order to carry out a processing by cutting and / or welding in a processing level that differs from the transport level, d) assignment and movement of automation carriers to different processing stations in order to achieve a cycle rate when clocking through, which is less than the processing time in the respective processing station, e) Fixing one sheet or more sheets by means of a clamping device before processing by cutting, welding and / or marking and subsequent continuous processing with at least two of the processing methods cutting, welding and marking in the fixed state, f) fixing one or more sheets of metal by using a clamping device, g) using a clamping device to move sheets to be processed or carrier elements with one or more inserted sheets from a transport level to a processing level deviating from the transport level, h) Use of optical and / or geometric reference points on sheets to be processed in order to grip and move them by means of a gripping device and / or to determine the relative position of a sheet relative to another sheet and / or the relative position of a sheet to a door check the support element.

Use of a device according to one of the Claims 1 to 7th and / or a method according to one of the Claims 8 or 9 for processing at least one microstructure plate by welding, cutting and / or marking the at least one microstructure plate.