DE10248955B3

DE10248955B3 - Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche

Info

Publication number: DE10248955B3
Application number: DE10248955A
Authority: DE
Inventors: Andreas Möckel; Hans Stein
Original assignee: Thyssenkrupp Drauz GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen. DOLLAR A Gemäß der Aufgabe der Erfindung soll eine gattungsgemäße Schweißvorrichtung geschaffen werden, durch die die Schweißgeschwindigkeit bei größeren Blechdicken erhöht und dabei die Nahtqualität verbessert sowie die Abführung des gasförmigen Beschichtungswerkstoffes beherrschbar gemacht wird. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Kombination von zwei gegeneinander wirkenden Andrückvorrichtungen 4; 5 zum Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen 1; 2; 3 mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten und zwei Schweißoptiken, die mit den Andrückvorrichtungen 4; 5 so verbunden sind, dass ihre Schweißstrahlen 10; 11 gegeneinander gerichtet auf die jeweilige Blechoberfläche fokussiert sind und je ein Schweißstrahl 10; 11 durch je eine Andrückvorrichtung 4; 5 hindurchgeführt ist und eine Entgasungsvorrichtung 12; 13, die keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche 1; 2; 3 erzeugt, wird die Anwendung der Zweistrahl-Schweißtechnik auch bei Blechen 1; 2; 3 mit flanschähnlichen Querschnitten möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen.

Es sind mitlaufende Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen Querschnitten für das Verschweißen mittels Hochenergie-Schweißstrahl bekannt. Sie bestehen aus einer eine Schweißoptik eines Schweißgerätes umschließenden, an dieser um eine Achse frei drehbar gelagerten, konisch ausgebildeten Hülse. Diese Achse ist um einen. Winkel zur Achse des Schweißstrahles so geneigt, dass die Achse des Schweißstrahles nahe der inneren Mantelfläche der Hülse aus dieser austritt. Die freie Stirnseite des Konusses der Hülse liegt an einer Stelle neben dem Schweißstrahl auf dem zu verschweißenden Flansch des Bleches auf. Eine zweite konisch ausgebildete Hülse spannt, der ersten gegenüber liegend, die drei zu verschweißenden Bleche aufeinander. Eine Entgasungsvorrichtung bildet keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche. Bei dieser Andrückvorrichtung werden die Bleche mit einem Schweißstrahl bearbeitet, der durch eine der konisch ausgebildeten Hülsen geführt ist ( EP 1249304 A1 ).

Beim Schweißen zweier Bleche mit Blechstärken über 2 mm ist der Vorschub des Schweißstrahles so klein, dass eine hohe Wärmemenge in die Bleche eingetragen wird. Diese führt im wesentlich höherem Maße zum Verdampfen von Beschichtungswerkstoff der Bleche. Die Abführung der großen Gasmengen ist noch ungenügend gelöst und führt zu einer schlechten Nahtqualität. Der geringe Vorschub des Schweißstrahles ist weiterhin der Produktivität der Schweißvorrichtung abträglich. Diese Nachteile treten beim Schweißen dreier oder mehrerer Bleche übereinander im verstärkten Umfange auf.

Um die Schweißgeschwindigkeit zu vergrößern, ist ein Schweißerfahren mit mehreren Hochenergie–Schweißstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, bekannt. Bei diesem Schweißverfahren strahlen die Schweißstrahlen gleichzeitig auf den Schweißbereich ein. Die Schweißstrahlen sind auf zwei einander gegenüberliegende Werkstückaußenflächen gerichtet und schmelzen die Werkstückdicke des Schweißbereiches jeweils anteilig auf ( DE 42 16 643 A1 ).

Lösungswege für die Nutzung der Vorteile dieses Schweißverfahrens zum Verschweißen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten, insbesonders beschichteter Bleche, sind nicht bekannt.

Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, eine Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen zu schaffen, die die Schweißgeschwindigkeit vergrößert und die Nahtqualität insbesondere bei größeren Blechdicken verbessert sowie dabei die Abführung des gasförmigen Beschichtungswerkstoffes beherrschbar macht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Lösungsgedanken der Patentansprüche 2 bis 6 sind vorteilhafte Detailmerkmale.

Durch die Kombination von zwei gegeneinander wirkenden Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten und zwei Schweißoptiken, die mit den Andrückvorrichtungen so verbunden sind, dass ihre Schweißstrahlen gegeneinander gerichtet auf die jeweilige Blechoberfläche fokussiert sind und je ein Schweißstrahl durch je eine Andrückvorrichtung hindurch geführt ist und eine Entgasungsvorrichtung, die keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche erzeugt, wird die Anwendung der Zweistrahl-Schweißtechnik auch bei Blechen mit flanschähnlichen Querschnitten möglich. Dadurch sind auch bei diesen Werkstücken hohe Schweißgeschwindigkeiten und gute Nahtqualitäten zu erreichen.

Die Verbindung der einzelnen Elemente zu einer Schweißvorrichtung erleichtert die Benutzung an einem Industrieroboter. Die Lagerung der konischen Hülse der Andrückvorrichtung auf der Schweißoptik ist die Voraussetzung für die durch die Andrückvorrichtung hindurchgeführten Schweißstrahlen. Alternativ ist die Anwendung zweier Schweißgeräte oder eines mit ausgekoppeltem Teilstrahl. Die Auswahl wird durch die vorhandenen Raumverhältnisse und Ausstattung bestimmt.

Die Entgasung mittels drehbarer Messerrolle ist an sich bekannt, aber ohne Anwendung der anderen Kombinationsmerkmale für diese Anwendungsfälle nicht ausreichend.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Schweißvorrichtung.
Zwischen zwei Blechen 1;2 mit flanschähnlichen Querschnitten ist ein Blech 3 mit ebenen Querschnitt angeordnet. Die freien Enden der drei Bleche 1;2;3 sind bündig zueinander angeordnet: Diese drei Bleche 1;2;3 werden durch eine Laserschweißnaht nahe zu den senkrechten Schenkeln der flanschähnlichen Bleche 1;2 miteinander verbunden.
Zum Spannen der drei Bleche 1;2;3 liegen auf dem oberen und an den unteren Flanschen der beiden äußeren Bleche 1;2 je eine an der Schweißoptik frei drehbar gelagerte konische Hülse 4;5 auf. Deren Drehachsen 6;7 sind so schräg gestellt, dass die innere Mantelfläche des Konus annähernd parallel zu den Achsen 8;9 der Laserschweißstrahlen 10;11 verläuft. Dadurch liegt die freie Stirnseite des Konus der Hülse 4;5 nur an einem Punkt auf dem Flansch des jeweiligen Bleches 1;2 auf. Der obere und der untere Punkt liegen einander gegenüber. Durch die Schrägstellung der konischen Hülsen 4;5 ist im Bereich der freien Enden der Flansche der Bleche 1;2;3 Raum geschaffen für eine umlaufend gelagerte Messerrolle 12 mit zwei Schneiden 13: Der Abstand deren Spitzen ist entsprechend der Stärke des mittleren Bleches 3 bemessen.
Durch jede der Hülsen 4;5 ist je ein Laserschweißstrahl 10;11 geführt, der so fokussiert ist, dass er etwa parallel zur Innenwand der jeweiligen Hülse 4;5 verläuft und in Richtung und Lage mit dem gegenüberliegenden Schweißstrahl übereinstimmt.
Zur Erzeugung beider Laserschweißstrahlen 10;11 können sowohl zwei Laserschweißgeräte verwendet werden. Aber es ist auch die Anwendung eines Laserschweißgerätes möglich, bei dem ein Teilstrahl ausgekoppelt ist.
Da insbesondere im Automobilbau die Flansche der Bleche 1;2 unregelmäßig im Raum verlaufen, ist es vorteilhaft, die Schweißvorrichtung an der Hand eines Industrieroboters zu befestigen und dessen Fähigkeit, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gelernten Raumkurven zu folgen, zu nutzen.
Durch die aufeinander gerichteten Laserschweißstrahlen 10;11 wird in an sich bekannter Weise je zur Hälfte das Material der drei Bleche 1;2;3 geschmolzen und eine durchgängige Dampfkapillare gebildet. Da dieser Vorgang mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, ist der Wärmeeintrag in die Bleche 1;2;3 entsprechend gering. Dadurch wird angemessen weniger Beschichtungsmaterial der Bleche 1;2;3 verdampft. Die dabei anfallende Gasmenge wird im erforderlichen Maße durch die durch die Messerschneiden 13 geschaffenen keilförmigen Zwischenräume zwischen den Flanschen der Bleche 1;2;3 gewährleistet. Somit wird der Austritt der Gasmengen durch die Dampfkapillare der Schweißnaht vermieden und eine gute Nahtqualität erreicht.

1: Blech mit flanschähnlichem Querschnitt
2: Blech mit flanschähnlichem Querschnitt
3: Blech mit ebenen Querschnitt
4: Konische Hülse
5: Konische Hülse
6: Drehachse
7: Drehachse
8: Achse
9: Achse
10: Laserschweißstrahl
11: Laserschweißstrahl
12: Messerrolle
13: Schneiden

Claims

1: Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen mit mitlaufenden Andrückvorrichtungen (4;5) zum Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen (1;2;3) an ihren flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten, die einander gegenüberliegend angeordnet sind; einer Entgasungsvorrichtung (12;13), die keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche (1;2;3) erzeugt; zwei Schweißoptiken, die mit den Andrückvorrichtungen (4;5) so verbunden sind, dass ihre Schweißstrahlen (10;11) gegeneinander gerichtet auf die jeweilige Blechoberfläche fokussiert sind und je ein Schweißstrahl (10;11) durch je eine der Andrückvorrichtungen (4;5) hindurch geführt ist.

Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckvorrichtungen (4;5), die Schweißoptiken und die Entgasungsvorrichtung (12;13) zu einer Schweißvorrichtung verbunden sind und diese an der Hand eines Industrieroboters befestigt ist.

Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede mitlaufende Andrückvorrichtung als eine die Schweißoptik eines Schweißstrahles umschließende frei drehbare konische Hülse (4;5) ausgebildet ist, deren Drehachse (6;7) um einen Winkel zur Achse (8;9) des Schweißstrahles (10;11) so geneigt ist, dass die Achse (8;9) des Schweißstrahles (10;11) nahe der inneren Mantelfläche der Hülse (4;5) aus dieser austritt, wobei die freie Stirnseite des Konus der Hülse (4;5) neben dem Schweißstrahl (10;11) auf dem zu verschweißenden flanschähnlichen Querschnitt eines Bleches (1;2) aufliegt.

Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schweißoptik ein Hochenergie-Schweißgerät zugeordnet ist.

Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer Schweißoptik ein Hochenergie-Schweißgerät zugeordnet ist und aus dessen Strahlengang ein Teilstrahl ausgekoppelt wird, der über optische Elemente zu der zweiten Schweißoptik geleitet wird.

Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Entgasungsvorrichtung eine drehbare Messerrolle (12) mit einer oder mehreren Schneiden (13) angeordnet ist, die zwischen die flanschähnlichen Querschnitte der zu verschweißenden Bleche (1;2;3) druckbar ist.