DE10211511B4

DE10211511B4 - Verfahren zum Fügen von planaren übereinander angeordneten Laminaten zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen durch Laserstrahlschweißen

Info

Publication number: DE10211511B4
Application number: DE10211511A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Himmer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: DE10211511A1

Abstract

Verfahren zum Fügen von planaren übereinander angeordneten Laminaten zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen durch Laserstrahlschweißen, bei dem aufeinandergelegte, benachbarte Laminate punktuell an vorgebbaren Positionen miteinander verschweißt werden, wobei in mindestens einem der miteinander zu verschweißenden Laminate an den vorgegebenen Positionen für eine punktuelle Schweißverbindung Durchbrechungen in Kreuzschlitzform oder in Form von Langlöchern, deren Ausrichtung in benachbarten Laminaten unterschiedlich ist, ausgebildet worden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von planaren übereinander angeordneten Laminaten zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen durch Laserstrahlschweißen sowie Laminatbauteile, die mit einem solchen Verfahren hergestellt worden sind.
Dabei sollen unter dem Begriff Laminat Gebilde in planarer plattenförmiger Ausbildung verstanden werden, die identische aber auch unterschiedliche äußere Randkonturen aufweisen können. Insbesondere für die Herstellung von Laminatbauteilen, wie beispielsweise Werkzeuge, Werkzeugeinsätze oder auch Modelle können in solchen Laminaten auch Ausschnitte mit unterschiedlichen Konturen ausgebildet worden sein, die dann im fertigen Paket oder Bauteil offene bzw. auch geschlossene Hohlräume, beispielsweise Kanäle ausbil den können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können demzufolge auch unterschiedliche Umformwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Gießformen, Gießereimodelle, Schnittwerkzeuge oder Abformwerkzeuge hergestellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch bei Elektromotoren einsetzbare Rotoren und Statoren sowie Eisenkerne für Transformatoren hergestellt werden.
Solche an sich bekannten Teile können mit unterschiedlichen technologischen Prozessen und Verbindungselementen hergestellt werden, wobei eine besonders geeignete Fügetechnik, das Laserstrahlschweißen ist.
Durch den auch beim Laserstrahlschweißen auftretenden Wärmeeintrag entstehen Spannungen in Laminaten, die wiederum zu einem Verzug und demzufolge auch zu geometrischen Abweichungen führen.
Beim Laserstrahlschweißen tritt, wie auch bei anderen Schweißverfahren eine Nahtüberhöhung im Bereich der Schweißnaht auf, so dass nahe bei 0 liegende Spaltenmaße zwischen den einzelnen so miteinander verbundenen Laminaten nicht erreicht werden können und in der Regel auch Unebenheiten, die wiederum Lageabweichungen und Abweichungen von der gewünschten Geometrie hervorrufen, nicht vermieden werden können.
Um diese Nachteile bei solchen Schweißverbindungstechniken zu vermeiden, werden üblicherweise solche Schweißverbindungen lediglich an der äußeren Randkontur vorgenommen, wodurch in der Regel eine spanende Nachbearbeitung der entsprechenden Oberfläche erforderlich wird. Durch eine solche ausschließlich an den äußeren Rändern erreichbare Verbindung der Laminate sind große Bereiche der Laminate nicht fixiert, können demzufolge arbeiten, Verwerfungen hervorrufen und Spannungen erzeugen.

Aus JP 10-313 556 A ist es bekannt, übereinander angeordnete zu Paketen gestapelte Laminate punktuell durch Laserstrahlschweißen an vorgebbaren Positionen miteinander zu verschweißen. Dabei werden punktuelle Schweißverbindungen ausgebildet.

In „Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau"; 20. neubearbeitete und erweiterte Auflage; Springer Verlag; 2001, Seite 39 bis Seite 70 sind Möglichkeiten für die Ausbildung und Beeinflussung von Bauteilkonturen durch Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden, Erodieren oder eine zerspanende Bearbeitung beschrieben.

Aus DE 43 12 555 A1 ist es bekannt, Laminate aus unterschiedlichen Werkstoffen zu Laminatpaketen miteinander zu verschweißen.

In US 5,171,962 ist die Verwendung von Laminaten aus einer Metall-Legierung, die zu Laminatpaketen verschweißt werden können, bekannt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der durch Laserstrahlschweißen verschiedene Laminate zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen gefügt werden können, ohne dass Nacharbeiten für die Herstellung der gewünschten äußeren geometrischen Abmessungen erforderlich sind..

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.

Die einzelnen Laminate, die durch das Laserstrahlschweißen zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen miteinander verbunden werden, können durch unterschiedliche Verfahren hergestellt werden. Dabei können solche Laminate, insbesondere wenn sie in Paketform zusammengefügt werden sollen, durch Stanzen erhalten werden.

Insbesondere dann, wenn Bauteile mit konturierter Oberfläche aus solchen Laminaten hergestellt werden sollen, kann so verfahren werden, dass ein dreidimensionales CAD-Computer-Modell in Schichten zerlegt und die einzelnen Laminate, die eine entsprechende Schicht repräsentieren beispielsweise durch Laserstrahl-, Wasserstrahlschneiden oder auch eine zerspanende me chanische Bearbeitung, beispielsweise mittels einer NC-Fräsmaschine mit der entsprechenden Form hergestellt werden. Es kann selbstverständlich auch mit einem Erodierverfahren gearbeitet werden.

Die einzelnen möglichst gratfreien Laminate werden dann aufeinander gelegt, also übereinander angeordnet, wobei die entsprechende Schichtfolge des CAD-Computer-Modells eingehalten wird und entsprechend dem sukzessiven Auflegen wird auch eine sukzessive Verschweißung der einzelnen Laminate miteinander durch Laserstrahlschweißen durchgeführt.

Um die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Nachteile zu beseitigen, wird ein punktuelles Verschweißen der einzelnen, aufeinandergelegten, benachbarten Laminate an vorgebbaren Positionen durchgeführt. Dabei sollen unter punktueller Schweißverbindung Schweißnahtformen, wie kreuz-, strich- oder doppelstrichförmige, mit entsprechend kleiner Dimensionierung, verstanden werden.

Zur Vermeidung des unerwünschten Verzuges und um dem Nahtüberhöhungseffekt entgegen zu wirken, wurden in mindestens einem, der miteinander zu verschweißenden Laminate an den jeweiligen vorgegebenen Positionen für die punktuelle Schweißverbindung Durchbrechungen ausgebildet. Solche Durchbrechungen können günstigerweise gleich bei der Formgebung für die jeweiligen Laminate berücksichtigt und ausgebildet werden. Da die Koordinaten der jeweiligen Positionen für die punktuelle Schweißverbindung und demzufolge auch die entsprechende Anordnung der in den Laminaten ausgebildeten Durchbrechungen ohnehin in elektronischer Form vorliegen, können diese gleich für die elektro nische Steuerung des Lasers für die Herstellung der Schweißverbindungen ausgenutzt werden.

Insbesondere zur Erhöhung der Maßhaltigkeit eines fertigen aus übereinander gelegten und durch Laserstrahlschweißen punktuell miteinander verbundenen einzelnen Laminaten, ist es vorteilhaft die Durchbrechungen und demzufolge auch die entsprechenden Positionen für die punktuelle Laserschweißverbindung bei benachbarten Laminaten in versetzter Anordnung auszubilden und einzusetzen.

Als Laminate können verschiedenen Werkstoffe, wie reine Metalle, Metalllegierungen aber auch Kunststoffe eingesetzt werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, durch Wahl von Laminaten mit unterschiedlichen Werkstoffen entsprechende Laminatkompositbauteile herzustellen.

So können beispielsweise verschiedene Metalle und/oder Metalllegierungen für Laminate, die in einem Laminatpaket oder einem Laminatbauteil zusammengefügt werden, eingesetzt werden.

So können beispielsweise Laminate aus Stahl und Laminate aus Messing eingesetzt werden, um lamellierte Magnetspannplatten herzustellen.

Die den Verzug reduzierenden und Schweißnahtüberhöhungen vermeidenden Durchbrechungen können in Langlochform in den Laminaten aus ausgebildet werden, so dass die Schweißverbindung nicht rein punktförmig, sondern eine den jewei ligen Langlöchern entsprechende Form und Ausdehnung aufweisen kann. Durchbrechungen können aber auch als miteinander gekreuzte Schlitze, die in Winkelbereichen zwischen 45 bis 135°, besonders bevorzugt mit 90° zueinander ausgerichtet sind, ausgebildet sein.

Werden Durchbrechungen in Langlochform eingesetzt, sollen die so ausgebildeten Durchbrechungen in benachbarten Laminaten nicht nur in versetzter Anordnung, sondern auch mit jeweils unterschiedlicher Ausrichtung ausgebildet werden. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, solche langlochförmigen Durchbrechungen in benachbarten Laminaten orthogonal zueinander oder in anderen Winkelabständen, beispielsweise mit Winkelabständen von 45° zueinander auszurichten. Es können auch zwei parallel zueinander ausgerichtete und benachbarte Langlöcher für jeweils eine punktuelle Schweißverbindung eingesetzt werden.

Kreuzschlitzförmige Durchbrechungen können ebenfalls entsprechend unterschiedlich ausgerichtet oder Kreuzschlitze mit verschiedenen Ausrichtungen bzw. Winkeln der jeweiligen Schlitze ausgebildet sein.

Für eine gleichmäßige Festigkeit und Stabilität eines erfindungsgemäß hergestellten Laminatpaketes oder Laminatbauteiles ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Durchbrechungen und demzufolge auch die an diesen Positionen hergestellten punktuellen Schweißverbindungen mit äquidistanten Abständen an den jeweiligen Laminaten ausgebildet werden.

Bei einem erfindungsgemäß hergestellten Laminatpaket oder einem Laminatbauteil können insbesondere an der Ober- und/oder Unterseite auch Laminate eingesetzt werden, an denen keine solchen Durchbrechungen ausgebildet sind.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 zwei Laminate, die unmittelbar aufeinander gelegt und punktuell miteinander verschweißt werden sollen.
Die in 1 gezeigten zwei Laminate n und n+1 weisen eine quadratische Außenkontur und in ihrem Inneren einen Ausschnitt mit unregelmäßiger Konturierung auf. Die beiden Laminate n und n+1 können für die Herstellung einer Matrize eines Prägewerkzeuges eingesetzt werden.
Des Weiteren sind an beiden Laminaten n und n+1 langlochförmige Durchbrechungen ausgebildet, die beim jeweiligen Laminat regelmäßig und mit jeweils gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Mit 1 wird außerdem deutlich, dass die langlochförmigen Durchbrechungen an den beiden gezeigten Laminaten n und n+1 versetzt zueinander ausgebildet worden sind, so dass dementsprechend die punktuelle Verschweißung mittels eines Laserstrahls mit einem nachfolgenden, hier nicht gezeigten Laminat n+2, das dann auf das hier rechts dargestellte Laminat n+1 aufgelegt, entsprechend in der gleichen versetzten Anordnung punktuell verschweißt wird.
In diesem Fall werden für die Laminate als Werkstoff Stahl eingesetzt, deren entsprechende Form und demzu folge auch die entsprechenden Durchbrechungen durch Laserstrahlschneiden ausgebildet worden ist.

Claims

Verfahren zum Fügen von planaren übereinander angeordneten Laminaten zu Laminatpaketen oder Laminatbauteilen durch Laserstrahlschweißen, bei dem aufeinandergelegte, benachbarte Laminate punktuell an vorgebbaren Positionen miteinander verschweißt werden, wobei in mindestens einem der miteinander zu verschweißenden Laminate an den vorgegebenen Positionen für eine punktuelle Schweißverbindung Durchbrechungen in Kreuzschlitzform oder in Form von Langlöchern, deren Ausrichtung in benachbarten Laminaten unterschiedlich ist, ausgebildet worden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Laminate sukzessive durch Auflegen eines Laminates auf ein oder mehrere bereits miteinander verbundene Laminat(e) und nachfolgendes punktuelles Verschweißen an den Positionen, an denen Durchbrechungen ausgebildet sind, miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen in benachbarten Laminaten in versetzter Anordnung zueinander ausgebildet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen in den Laminaten durch Laser-, Wasserstrahlschneiden, Erodieren und/oder eine zerspanende Bearbeitung ausgebildet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kontur und/oder Konturen innerhalb von Laminaten durch Laser-, Wasserstrahlschneiden, Erodieren und/oder eine zerspanende Bearbeitung ausgebildet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laminate aus Metall, einer Metalllegierung oder Kunststoff verwendet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laminate aus unterschiedlichen Metallen und/oder Metalllegierungen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Durchbrechungen in Kreuzschlitzform alternierend in benachbarten Laminaten mit unterschiedlicher Ausrichtung ausgebildet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen bei einem Laminat mit äquidistanten Abständen zueinander ausgebildet werden.
Laminatbauteil hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.