DE10259604B4

DE10259604B4 - Vorrichtung mit einer Hochenergie- bzw. Laserschweißvorrichtung und einer Umformvorrichtung zum Hochenergie-, insbesondere zum Laserschweißen von beschichteten Blechen, z.B. von Karosserieblechen oder Karosseriebauteilen im Kfz-Bau

Info

Publication number: DE10259604B4
Application number: DE10259604A
Authority: DE
Inventors: Josef-Gerhard Tünkers
Original assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Current assignee: Tuenkers Maschinenbau GmbH
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: DE10259604A1

Abstract

Vorrichtung mit einer Hochenergie- bzw. Laserschweißvorrichtung (2) und einer Umformvorrichtung (3) zum Hochenergie-, insbesondere zum Laserschweißen von beschichteten Blechen, z. B. von Karosserieblechen oder Karosseriebauteilen (4, 5) im Kfz-Bau, mit einer Umformvorrichtung (3) zum Spannen der Bauteile (4, 5) und zur Bildung von Gasableitungskanälen, die mindestens zwei Umformrollen (12, 13) aufweist, die unter Druck die miteinander zu verschweißenden Bauteile (4, 5) zwischen sich ergreifen, wobei wenigstens eine der Umformrollen (13) durch einen motorischen Antrieb in Richtung auf die andere Umformrolle (12) gegen die miteinander zu verschweißenden Bauteile (4, 5) unter hohem Druck, insbesondere schwenkbeweglich, rollend anpreßbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Hochenergie- bzw. Laserschweißvorrichtung und einer Umformvorrichtung zum Hochenergie-, insbesondere zum Laserschweißen von beschichteten Blechen, z. B. von Karosserieblechen oder Karosseriebauteilen im Kfz-Bau.
Die im Kfz-Bau verwendeten Bleche sind in der Regel oberflächenbeschichtet, zum Beispiel mit einer Zinkschicht versehen. Zum Verbinden derartiger Bleche werden die Bleche in der Regel durch Kniehebelspannvorrichtungen oder dergleichen gespannt und dann durch Schweißnähte verbunden. Dies führt jedoch zu Problemen, da nicht nur aufgeschmolzenes Material aus den Dampfkapillaren der Schweißnaht herausgeschleudert wird, sondern auch Gase entstehen, die üblicherweise nicht entweichen können. Dies führt zu Qualitätseinbußen an den Schweißnähten.

Aus der WO 02/087816 A2 ist es bekannt, beschichtete Bauteile in einem Durchlaufverfahren im Schweißfokusbereich zu spannen, wobei die Bauteile im Schweißnahtbereich zwecks Bildung von Gasableitungskanälen in demselben Durchlaufverfahren umgeformt und geschweißt werden. Das Schweißen erfolgt mittels Laserstrahl.

Die DE 22 22 686 A zeigt eine Kniehebelspannvorrichtung mit einem Spannkopf und einem koaxial dazu angeordneten Zylinder, der abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck zu beaufschlagen ist und dadurch einen längsverschieblich und dichtend geführten Kolben beaufschlagt, der über eine mit ihm verbundene Kolbenstange ein Kniehebelgelenk antreibt, das über eine gehäusefeste Schwenkachse im Spannkopf schwenkbeweglich gelagert ist. Über das Kniehebelgelenk wird ein Spannarm angetrieben, der mit einem Kiefer zusammenwirkt, so dass zwischen dem Kiefer und dem Spannarm Bauteile, z. B. auch Bleche und Karosseriebauteile zu klemmen sind.

Die DE 101 16 402 A1 beschreibt ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen beschichteter Bleche, bei dem zwischen den freien Schenkeln der miteinander zu verbindenden Bleche ein Keil in Form einer drehbar gelagerten Messerrolle eingeführt wird, wodurch die Bleche auseinandergedrückt werden, was zur Bildung von Gasableitungskanälen führt.

Die prioritätsältere DE 102 48 402 B3 beschreibt eine Vorrichtung zum Schweißen von Blechverbindungen mittels eines Laserstrahls, wobei ein Laserschweißkopf an zwei in einem Überlappungsbereich übereinander liegenden oberen und unteren Blechen bewegungsgesteuert entlang führbar und in dem Laserschweißkopf ein Andrückelement mitbewegbar ist, das angrenzend an die unmittelbare Schweißstelle auf das obere Blech im Überlappungsbereich drückt und wobei wenigstens eine der einander zugewandten Flächen der Bleche mit einem Überzug versehen ist, der beim Schweißen einen Überzug-Dampf bildet. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Schweißrichtung mit seitlichem Versatz zum Wirkungsort des Andrückelementes das untere Blech von einer Auflage abgestützt wird, und das auf der anderen Seite das obere Blech und/oder das untere Blech als Randflansch freikragend absteht, wobei schließlich das Andrückelement zumindest mit einer solchen, eine Blechdeformation bewirkenden Andrückkraft das obere Blech beaufschlagt, so dass ein keilförmiger Abströmspalt für den Überzug-Dampf entsteht. Hierbei werden bei Blechmaterialstärken zwischen 0,8 mm und 2,0 mm Andrückkräfte zwischen 370 N und 530 N bei einem Abstand als Versatz zwischen Andrückelement und Auflage im Bereich zwischen 3,0 mm und 4,5 mm vorgeschlagen. Das untere Element wird von seinem Konturverlauf angepassten Konturstücken der Auflage abgestützt. Die Konturstücke weisen eine Breite von etwa 4 bis 5 mm auf und reichen über den gesamten Verlauf einer Schweißnaht. Bei der Würdigung des Standes der Technik wird im Zusammenhang mit der DE 39 09 471 C2 auf einen Stand der Technik verwiesen, bei dem verzinkte Bleche verschweißt werden, wobei im Überlappungsbereich der Bleche eine Rändelung eingebracht wird. Diese Rändelung kann als Quer-, Schräg- oder Kreuzrändelung ausgebildet sein. Damit soll ein konstanter Spalt zwischen den beiden Blechen geschaffen werden, der ein sicheres Abströmen entstehender Zinkdämpfe gewährleistet.

Die ferner in der DE 102 48 402 B3 gewürdigte DE 38 12 448 C1 soll nach der dort gemachten Würdigung vorschlagen, dass die beiden Bleche entlang der Schweißnaht mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufeinander stoßen und beidseitig der Schweißnaht voneinander beabstandet sind.

Aus der DE 198 54 217 C2 sei es vorbekannt, dass im Bereich der Schweißnaht bevorzugt das Oberblech eine durch zwei Radien definierte Stufe aufweise. Während des Schweißprozesses werde die Lage der Stufe mittels eines Sensors erkannt und der Laserstrahl anhand von Sensorsignalen positioniert.

Darüber hinaus sei es aus der US 4,745,257 vorbekannt, seitlich neben dem Schweißnahtverlauf Randflansche von Ober- und Unterblechen in der Weise von einer Spannvorrichtung zu halten und zu beabstanden, dass ein definierter Abströmspalt verbleibe.

Es wird außerdem in der DE 102 48 402 B3 darauf hingewiesen, dass, um beim Laserstrahlschweißen ein optimales Ergebnis zu erhalten, die miteinander zu verbindenden Bleche im Überlappungsbereich aneinander liegen müssen. Ein eventuell vorhandener Spalt dürfe nur einen Bruchteil der Blechdicke betragen. Diese geringen Fertigungstoleranzen ließen sich jedoch in der Regel beim Herstellungsprozess zum Beispiel beim Tiefziehen nicht erreichen, so dass die Ungleichmäßigkeit und Ungenauigkeiten in der Blechkontur die geforderten Toleranzen überschritten. Um hier Abhilfe zu schaffen, sei es durch die DE 44 03 999 C2 bereits vorbekannt, während des Schweißprozesses beispielsweise Anpressrollen oder Andrückpins vorzusehen. Dies sei auch aus der DE 44 15 035 C2 vorbekannt.

Im übrigen beschreibe die FR 2 822 400 A1 eine Vorrichtung zum Schweißen von Blechverbindungen mittels eines Laserstrahls, bei der ein Laserschweißkopf an zwei an einem Überlappungsbereich übereinander liegenden oberen und unteren Blechen bewegungsgesteuert entlang führbar sei. Mit dem Laserkopf sei ein Andrückelement mitbewegbar, das angrenzend an die unmittelbare Schweißstelle auf das obere Blech im Überlappungsbereich drücke. Die einander zugewandten Flächen der Bleche seien mit einem Überzug versehen, der beim Schweißen einen Überzug-Dampf bilde. Das obere Blech werde mit einer eine Blechdeformation bewirkenden Andrückkraft beaufschlagt, so dass ein Abströmspalt für den Überzug-Dampf entstünde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der es möglich ist, die miteinander durch Laserschweißnaht zu verbindenden Bleche im Durchlaufverfahren gleichzeitig zu spannen, im Nahtbereich zwecks Bildung von Gasableitungskanälen zu verformen und laserzuschweißen, wobei die Nähte entweder als durchlaufende oder als sogenannte Steppnähte, also unterbrochene Nähte, durchgeführt werden sollen.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Bei Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich die miteinander durch eine Laserschweißnaht zu verbindenden beschichteten Bleche, insbesondere Karosseriebleche und Karosseriebauteile im Bedarfsfalle im Durchlaufverfahren gleichzeitig spannen, im Nahtbereich zwecks Bildung von Gasableitungskanälen verformen und hochenergie- bzw. laserschweißen. Die Nähte können dabei entweder als durchlaufende oder als sogenannte Steppnähte, also unterbrochene Nähte ausgeführt werden. Die Laserschweißvorrichtung kann unmittelbar mit den Umformwerkzeugen in Form von Umformkrollen verbunden werden, so dass die Laserschweißvorrichtungen mit den Umformrollen an den miteinander zu verschweißenden Bauteilen – relativ gesehen – vorbeigeführt werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Patentanspruch 2 sind die Laserschweißvorrichtung und die Umformrollen mit einem Roboterarm verbunden.

Gemäß Patentanspruch 3 ist mindestens eine der Rollen mit einer geeigneten Profilierung versehen, die beim Anpressen gegen die miteinander zu verschweißenden Bleche mindestens in einem der Bleche Umformungen erzeugt, durch die Gasableitungskanäle im Nahtschweißbereich hergestellt werden.

Vorteilhafterweise schneiden sich die Rollenachsen der Umformrollen unter einem spitzen Winkel – Patentanspruch 4.

In den Patentansprüchen 5 bis 34 sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Teilansicht;
2 die aus 1 ersichtlichen Umformrollen in der Seitenansicht;
3 eine Stirnansicht zu 2;
4 eine weitere Ausführungsform für Umformrollen, ebenfalls in der Seitenansicht;
5 eine Stirnansicht zu 4;
6 abermals eine weitere Ausführungsform für Umformrollen in der Seitenansicht;
7 eine Stirnansicht zu 6;
8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;
9 bis verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
13
Mit dem Bezugszeichen 1 ist insgesamt eine kombinierte Laserschweiß- und Umformvorrichtung bezeichnet, die im wesentlichen aus einer Laserschweißvorrichtung 2 und einer Umformvorrichtung 3 besteht.
Die Laserschweißvorrichtung 2 und die Umformvorrichtung 3 sind an einem nicht dargestellten Roboterarm als insgesamt bewegliche Baueinheit angeordnet und in Längsachsrichtung X bzw. Y von miteinander zu verschweißenden, bei der dargestellten Ausführungsform feuerverzinkten Karosserieblechen 4 und 5 insgesamt beweglich angeordnet. Die Karosseriebleche 4 und 5 sind lediglich schematisch angedeutet. Statt zwei Karosserieblechen 4 und 5 können auch mehr als zwei Karosseriebleche 4, 5, z. B. drei Karosseriebleche, miteinander lasergeschweißt werden. Schließlich brauchen die Karosseriebleche 4 und 5 nicht planparallel mit ihrem gesamten Oberflächenbereich aufeinanderzuliegen. Die Karosseriebleche 4, 5 können auch Teil von Karosseriebauteilen 20 sein, die z. B. mit flanschartigen, freien Schenkeln oder dergleichen miteinander durch Laserschweißen verbunden werden.
Die Laserschweißvorrichtung 2 kann eine handelsübliche Bauform besitzen, wobei der Schweißfokus 6 in einem gewissen Seitenabstand B von einer Längsseite 7 der Karosseriebleche 4 und 5 angeordnet ist. Der Schweißfokus 6 ist dabei auf der der Längsseite 7 abgekehrten Seite der Karosseriebleche 4 und 5 angeordnet.
Die Karosseriebleche 4 und 5 können im übrigen – was in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist – durch eine oder mehrere Spannvorrichtungen, z. B. durch Kniehebelspannvorrichtungen, kraftschlüssig in der zu verschweißenden Position gespannt und gehalten werden.
Das Spannen der Karosseriebleche 4 und 5 kann z. B. von der Längsseite 7 oder von der gegenüberliegenden Längsseite 8 der Karosseriebleche 4 und 5 geschehen.
Bei der aus 1 ersichtlichen Ausführungsform werden die Karosseriebleche 4, 5 durch nicht dargestellte Klemmvorrichtungen im Bereich 9, also auf der der Längsseite 8 zugekehrten Seite der Karosseriebleche 4 und 5 gespannt und gehalten. In Längsachsrichtung der Karosseriebleche 7 und 8 können mehrere derartiger Spannvorrichtungen, z. B. Kniehebelspannvorrichtungen, vorgesehen werden, die in geeigneter Weise – vorzugsweise zentral – durch Druckluft gesteuert werden (gleichfalls nicht dargestellt). Die durch den Schweißfokus 6 zu bildende Schweißnaht ist schematisch als Linie dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und kann entweder durchgehend sich in Längsachsrichtung X bzw. Y der miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche 4, 5 erstrecken oder auch unterbrochen sein (sogenannte Steppnaht). Zum Beispiel kann im letzteren Fall die Schweißnaht 10 zwischen Klemmbacken von nicht dargestellten Klemmvorrichtungen, z. B. Kniehebelspannvorrichtungen, angeordnet sein.
In dem Bereich 11 der Karosseriebleche bzw. Karosseriebauteile 4 und 5 wirken auf der Ober- und Unterseite ein Paar von Umformrollen 12 bzw. 13 ein, deren Drehachsen 14 bzw. 15 sich unter einem spitzen Winkel α schneiden.
Die untere Umformrolle 13 ist um eine Schwenkachse 16 in Richtung C bzw. D um ein begrenztes Maß schwenkbeweglich und in Richtung D auch gegen die Unterseite des hier vorgesehenen Karosseriebauteils 5 unter hohem Druck, zum Beispiel mit etwa 70 bis 350 kg/cm², vorzugsweise 200 kg/cm², anpreßbar. Die Umformrollen 12 und 13 sind an ihrem mit den Karosseriebauteilen bzw. Karosserieblechen 4 und 5 in Berührung kommenden Umfang 17 bzw. 18 abgerundet ausgebildet und pressen die Karosseriebauteile 4 und 5 oder dergleichen mit so hoher Kraft gegeneinander, daß die freien Seitenstreifen 9 bzw. 11 um einen spitzen Winkel β auseinander klaffen, wodurch sich Gasableitungskanäle bilden. Hierdurch können die beim Laserschweißen entstehenden Gase und Metallspritzer aus dem Nahtbereich seitlich entweichen.
Die untere Umformrolle 13 ist motorisch angetrieben, z. B. über einen im einzelnen nicht dargestellten und in der Umformvorrichtung 3 befindlichen, vorzugsweise abwechselnd beidseitig mit Druckmitteldruck, insbesondere pneumatisch beaufschlagten Zylinder, der somit über die Schwenkachse 16 einen Hebel 21 in Richtung C bzw. D schwenkt und damit die Umformrolle 13 entweder gegen das untere Karosseriebauteil 5 unter hohem Druck anpresst oder die Umformrolle 13 in Richtung C wieder wegschwenkt. Im Bedarfsfalle ist es aber auch möglich, beide Umformrollen 12 und 13 motorisch anzutreiben.
Schließlich kann in Abwandlung der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform die untere Umformrolle 13 gesteuert oder geregelt gegen das untere Karosseriebauteil 5 angepreßt werden. Hierzu können z. B. in einem Speicher empirische Werte abgelegt sein, die je nach Blechdicke, Art der Oberflächenbehandlung der Karosseriebauteile 4, 5 oder dergleichen die jeweilige Umformrolle, z. B. 13, mit der erforderlichen Kraft gegen das betreffende Karosseriebauteil 5 oder dergleichen, anpresst.
Zwar übernehmen in der Regel die Umformrollen 12 und 13 nicht den Vorschub in Längsachsrichtung X bzw. Y der miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche bzw. Karosseriebauteile 4 und 5, jedoch empfiehlt es sich, wenigstens eine der Rollen, im Bedarfsfalle auch beide Umformrollen 12 und 13 mit einer vorgegebenen oder regelbaren oder gleichbleibenden Drehzahl anzutreiben, durch die allerdings z. B. nicht der Vorschub der miteinander zu verschweißenden Karosseriebauteile 4, 5 oder dergleichen bestimmt wird.
Des weiteren ist es möglich, daß die Drehachsen 14 und 15 sich nicht unter einem spitzen Winkel α schneiden, sondern daß sie parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufen. Die Umformrollen 12 und 13 können an ihrem Umfang 17 und 18 mit die betreffenden Oberflächen der miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche oder Karosseriebauteile 4 und 5 umformenden Vorsprüngen und/oder Rücksprüngen und/oder Rifflungen bzw. Riefungen versehen sein, die dann durch Umformung der betreffenden Karosseriebleche 4 und 5 oder dergleichen für die entsprechenden Gasableitungskanäle sorgen, durch die die beim Schweißen entstehenden Gase oder dergleichen entweichen können.
Wie man erkennt, wird das Spannen, Umformen zur Bildung von Gasableitungskanälen und das Laserschweißen gleichzeitig in einem einzigen Durchlaufverfahren vorgenommen.
Statt die miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche oder Karosseriebauteile 4 und 5 durch nicht dargestellte, zum Beispiel als Kniehebelspannvorrichtungen ausgebildete Klemmvorrichtungen zu spannen, ist es auch möglich, die miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche 4 und 5 oder dergleichen durch die Umformrollen 12 und 13 selbst in dem Augenblick, in dem sie durch den Laserstrahl miteinander verschweißt werden, zu spannen, umzuformen und zu verschweißen.
Das Spannen, Umformen und Verschweißen erfolgt kontinuierlich, auch in den Fällen, in denen sogenannte Steppnähte, also unterbrochene Schweißnähte, erzeugt werden. Ein besonderer Arbeitsdurchgang, um Verformungen in den Karosserieblechen 4 und 5 oder dergleichen vorzunehmen, ist demnach nicht erforderlich. Dadurch ergibt sich eine verkürzte Prozeßdauer.
In den 2 bis 7 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden.
Bei der Ausführungsform nach den 2 und 3 handelt es sich um die aus 1 ersichtlichen Umformrollen 12 und 13 mit an ihrem Umfang 17 und 18 jeweils nach einem Radius abgerundeten Umfangteilen, während bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 die Umformrollen 17 und 18 an ihrem Umfang mit in gleichen oder unterschiedlichen Abständen zueinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden Zähnen 22 bzw. 23 versehen sind, durch die die miteinander zu verschweißenden Karosseriebauteile 4 und 5 derart verformt werden, derart, daß Gasableitungskanäle entstehen.
Bei der Ausführungsform nach 6 sind die Umformrollen 17 und 18 an ihrem jeweiligen Umfang 17 und 18 mit etwa kreuzweise angeordneten Rifflungen 24 oder riefenförmigen Vertiefungen versehen, durch die diese Umformungen zur Bildung von Gasableitungskanälen ausgebildet sind.
Die Spaltdicke zwischen den miteinander laserzuverschweißenden Karosserieblechen 4 und 5 bzw. Karosseriebauteilen zur Ableitung von Gasen kann im Bereich von etwa 1/10 bis 2/10 Millimetern liegen.
Bei der aus 8 ersichtlichen Ausführungsform ist mit dem Bezugszeichen 25 insgesamt eine Kniehebelspannvorrichtung bezeichnet, die einen Spannkopf 26 und koaxial dazu einen motorischen Antrieb 27 aufweist, der bei der dargestellten Ausführungsform eine Kolben-Zylinder-Einheit umfaßt, die einen abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, vornehmlich pneumatisch, zu beaufschlagenden Kolben 28 umfaßt, der längsverschieblich und dichtend in Richtung X bzw. Y angeordnet ist. Zu diesem Zweck weist der Zylinder 29 an entgegengesetzten Enden Kanäle 30 und 31 auf, durch die abwechselnd durch geeignete Steuerungsmittel Druckmitteldruck, zum Beispiel Druckluft, herangeführt wird, um den Kolben in Richtung X oder Y anzutreiben.
Mit dem Kolben 28 ist ein vorliegend als Kolbenstange ausgebildetes Getriebeelement 32 gekuppelt, das durch eine Wand 33 durch eine Dichtung 34 abgedichtet hindurchgeführt wird. Die Kolbenstange 32 durchgreift einen Innenraum 35 des Spannkopfes 26, in dem ein nicht dargestelltes Kniehebelgelenk angeordnet ist, das um eine gehäusefeste Achse in Richtung A bzw. B je nach Beaufschlagung des Kolbens 28 durch Druckmitteldruck um ein vorgegebenes Winkelmaß schwenkbeweglich ist. Die Achse 36 besitzt an ihren nach außen heraustretenden Enden vorliegend eine quadratische Gestaltung um ein als Spannarm ausgebildetes Spannelement 37 darauf formschlüssig durch Klemmen befestigen zu können. Die Achse kann an der in 8 nicht dargestellten gegenüberliegenden Seite ebenso gestaltet sein, aber im Bedarfsfalle auch nur einseitig aus dem Spannkopf 26 hervortreten.
Mit dem Spannarm 37 ist um eine lediglich schematisch angeordnete Drehachse 38 eine Umformrolle 39 drehbar gelagert, die über ihren Umfang mit zwei konzentrischen Kreisen um die Drehachse 38 vorzugsweise mit gleichen Winkelabständen zueinander angeordneten, als Vorsprünge ausgebildete Profilierungen 40 bzw. 41 aufweist.
Die Umformrolle 39 wirkt mit einem als Kiefer ausgebildeten Widerlager 42 zusammen, das eine weitere Umformrolle 43 umfaßt, die im Bereich der Profilierung 40 und 41 konzentrische nutförmige Vertiefungen 44 bzw. 45 aufweist, in die die als Vorsprünge ausgebildeten Profilierungen 40 und 41 eingreifen.
Zwischen den beiden Umformrollen 39 und 43 kommen die zu behandelnden Bleche oder Karosserieteile zu liegen. Die Bleche können angetrieben zwischen den Rollen hindurchgeführt werden, die mit hohem Druck gegen die Oberflächenteile der betreffenden blechförmigen Karosserieteile einwirken und diese im Bereich der Profilierungen 40, 41 bzw. 44, 45 verformen, um Gasabführungskanäle zu bilden. Diese blechförmigen Teile sind bevorzugt oberflächenbehandelt, zum Beispiel feuerverzinkt und sollen anschließend, zum Beispiel im Karosseriebau, laserverschweißt werden, wobei die so gebildeten Gasabführungskanäle das Entweichen der beim Schweißen auftretenden Gase ermöglichen.
Die Umformrollen 39 und 43 können austauschbar angeordnet werden, um zum Beispiel unterschiedliche Rollen anzuordnen, und zwar mit unterschiedlichen Profilierungen, um die nach den Anwendungsfällen unterschiedlichen Gasabführungskanäle zu erzeugen.
Solche unterschiedlichen Profilierungen sind zum Beispiel in den 9 bis 13 dargestellt. Die dort dargestellten Umformrollen 39 und 43 sind in den 9 sowie 11 bis 13 jeweils paarweise dargestellt. Die Anordnung kann aber auch anders getroffen werden, zum Beispiel können die jeweils als untere Rolle (Kiefer) dargestellten Rollen 43 die Rolle 39 bilden und umgekehrt.
Bei der Ausführungsform nach 9 und 10 ist die Umformrolle 39 mit einem konzentrischen Ring von Profilierungen versehen, die als über den übrigen Umfang der Umformrolle 39 hervorragende, relativ spitze noppenförmige Erhebungen ausgestaltet sind, die alle gleiche Höhen aufweisen und im gleichen Winkelabstand über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Mittelpunkte der Profilierungen 46 liegen auf einem gedachten konzentrischen Kreis (Spur) 47, während das Widerlager 42 und damit die den Kiefer bildende Umformrolle 43 eine konzentrische Vertiefung 48 aufweist, die eine gleichmäßige Querschnittsform besitzt und in die die vorsprungartigen Profilierungen 46 entweder formschlüssig oder mit Spiel eingreifen, so daß die zwischen den Umformrollen 39 und 43 zu liegen kommenden blechförmigen Karosserieteile unter hohem Druck verformt werden und dadurch Gasabführungskanäle geschaffen werden (nicht dargestellt).
Bei der Ausführungsform nach 11 sind wie bei der Ausführungsform nach 8 zwei Reihen von Profilierungen 40 und 41 dargestellt, während hohlkehlenartige oder nutförmige Vertiefungen 44, 45 ebenfalls wie bei der Ausführungsform nach 8 dargestellt sind, in die die Vorsprünge 40 und 41 entweder passend oder mit Spiel eingreifen, so daß die zwischen den Umformrollen 39 und 43 zu liegen kommenden blechförmigen Karosserieteile entsprechend verformt werden können, um Gasabführkanäle zu bilden.
Bei der Ausführungsform nach 12 besitzt die Umformrolle 39 eine nutförmige Vertiefung 49, die konzentrisch zu der Umformrolle 39 angeordnet ist und im axialen Abstand daneben einen konzentrischen Kreis von als Vorsprünge ausgebildete Profilierungen 50, die mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind und in eine nutförmige ringförmige Vertiefung 51 der Umformrolle 43 entweder mit Spiel oder formschlüssig eingreifen.
Neben der nutförmigen Vertiefung 51 sind diametral gegenüberliegend zu der nutförmigen Vertiefung 49 der Umformrolle 39 zahlreiche über den Umfang der Umformrolle 43 verteilt angeordnete Vorsprünge bzw. Profilierungen 52 angeordnet. Die Profilierungen 52 sind mit gleichmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet und können alle gleiche Formen, aber auch unterschiedliche Formen aufweisen und entweder mit Spiel oder passend in die nutförmige Vertiefung 49 eingreifen.
Bei der Ausführungsform nach 13 besitzt die Umformrolle 39 zwei Ringe von mit gleichmäßigen Winkelabständen jeweils zueinander angeordneten Vorsprüngen 53, 54, denen Vertiefungen 55 bzw. 56 gegenüberliegen, wobei die Reihen von Vorsprüngen 53, 54 allerdings in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, so daß jeweils Vorsprünge 53 der einen Reihe auf Lücke gegenüber der Reihe von Vorsprüngen 54 (13) angeordnet sind. Die als Vorsprünge ausgebildeten Profilierungen 53 und 54 greifen entweder mit Spiel oder passend in die diametral gegenüberliegend angeordneten nutförmigen und als Hohlkehlen ausgebildeten Vertiefungen 55 bzw. 56 ein, so daß auch hier dazwischen anzuordnende Karosserieblechteile entsprechend verformt werden können, und zwar gleichfalls zur Bildung von Gasabführkanälen.
Nicht dargestellt ist z. B. ein Weg-Mess-System, über das der Hub der Umformwerkzeuge, zum Beispiel der Rollen, gemessen werden kann. Auch nicht dargestellt sind Sensoren an einem oder mehreren der Presswerkzeuge, um die Presskraft zu ermitteln und an einer zentralen Stelle, zum Beispiel zu einer Steuer- und oder Regeleinrichtung weiterzuleiten. Ebenfalls nicht dargestellt sind Dehnmessstreifen, die den Umformwerkzeugen zugeordnet sind, um die Presskraft zu messen und ebenfalls an eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung weiterzuleiten. Die Werte können außerdem digital oder analog an einem zentralen Messstand sichtbar gemacht werden.
Wird die Vorrichtung mit einer zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung gekuppelt, können je nach verwendeten Blechen, insbesondere Blechdicken, die Anpresskräfte der Umformwerkzeuge gegen die Bleche gesteuert bzw. geregelt werden. Man wird demgemäss bei dünnen Blechen in der Regel eine geringere Presskraft als bei dicken Blechen aufwenden, um die entsprechenden Umformungen herbeizuführen und dadurch Gasabführungskanäle zu schaffen.
Das Synchronisieren von zum Beispiel als Rollen ausgebildeten Umformwerkzeugen kann über Getriebe oder in sonstiger Weise zum Beispiel auch hydraulisch, geschehen. Zum Beispiel können hydrostatische Motoren verschiedene Rollen gemeinsam antreiben, wobei über die Druckmittelsäule ein Gleichlauf der Rollen – innerhalb gewisser Toleranzen – erzwungen wird.

1: Laserschweiß- und Umformvorrichtung
2: Laserschweißvorrichtung
3: Umformvorrichtung
4: Karosserieblech, Karosseriebauteil, Bauteil
5
6: Schweißfokus
7: Längsseite
8
9: Bereich
10: Schweißnaht
11: Bereich, Seitenstreifen, freier
12: Umformrolle
13
14: Drehachse der Umformrolle 12
15: 13
16: Schwenkachse
17: Umfang der Umformrolle 12
18: 13
19: freier Seitenstreifen
20: Bauteil, Karosseriebauteil
21: Hebel
22: Zahn, Profilierung, Vorsprung
23
24: Riffelung bzw. Riefen, Profilierung
25: Kniehebelspannvorrichtung
26: Spannkopf
27: motorischer Antrieb, Linearantrieb, Kolbenzylindereinheit
28: Kolben
29: Zylinder
30: Kanal
31
32: Kolbenstange
33: Wand
34: Dichtung
35: Innenraum
36: Achse
37: Spannarm, Spannelement
38: Drehachse
39: Umformrolle
40: Profilierung
41
42: Kiefer, Widerlager
43: Umformrolle
44: Vertiefung, nutförmige
45
46: Profilierung
47: Kreis
48: Vertiefung
49: Vertiefung, nutförmige
50: Profilierung, Vorsprung
51: Vertiefung, nutförmige
52: Profilierung, Vorsprung
53: Vorsprung
54
A: Schwenkrichtung
B: Seitenabstand
C: Schwenkrichtung der Umformrolle 13
X: Schweißrichtung, Bewegungsrichtung
Y
α: Schneidwinkel der Drehachsen 14 und 15
β: Öffnungswinkel der miteinander zu verschweißenden Karosseriebleche bzw.
: Karosseriebauteile 4 und 5

Claims

Vorrichtung mit einer Hochenergie- bzw. Laserschweißvorrichtung (2) und einer Umformvorrichtung (3) zum Hochenergie-, insbesondere zum Laserschweißen von beschichteten Blechen, z. B. von Karosserieblechen oder Karosseriebauteilen (4, 5) im Kfz-Bau, mit einer Umformvorrichtung (3) zum Spannen der Bauteile (4, 5) und zur Bildung von Gasableitungskanälen, die mindestens zwei Umformrollen (12, 13) aufweist, die unter Druck die miteinander zu verschweißenden Bauteile (4, 5) zwischen sich ergreifen, wobei wenigstens eine der Umformrollen (13) durch einen motorischen Antrieb in Richtung auf die andere Umformrolle (12) gegen die miteinander zu verschweißenden Bauteile (4, 5) unter hohem Druck, insbesondere schwenkbeweglich, rollend anpreßbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Laserschweißvorrichtung (2) als auch die Umformvorrichtung (3) an einem Roboterarm als insgesamt bewegliche und zustellbare Baueinheit angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise beide Umformrollen (12 und 13) an ihrem Umfang (17 und 18) mit zur Bildung von Gasableitungskanälen an den miteinander zu verschweißenden Bauteilen (4 und 5) durch Umformung herzustellenden Profilierungen (22, 23, 24) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehachsen (14 und 15) von Umformrollen (12 und 13) unter einem spitzen Winkel (α) schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Umformrolle (13) an einem Hebel (21) angeordnet ist, der um eine Schwenkachse (16) in z. B. vertikaler Ebene (C bzw. D) durch einen ggf. beidseitig durch Druckmitteldruck, insbesondere pneumatisch zu beaufschlagenden Anpreßzylinder verstellbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft, mit der wenigstens eine der Umformrollen (13) gegen die miteinander zu verschweißenden Bauteile (4 und 5) anpreßbar ist, steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) als parallel zueinander verlaufende zahnartige Vorsprünge (22) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) als Rauten, Raster, Riefen oder Riffelungen (24) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) als Rücksprünge oder Vertiefungen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) als Noppen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) zahnstangenartig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (22, 23, 24) eine radiale Höhe von etwa 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,2 mm, aufweisen, bei einem mittleren Durchmesser der Profilierungen von 1 bis 8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 4 mm.
Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Kniehebelspannvorrichtung (25), die einen Spannkopf (26) und einen in axialer Richtung dazu angeordneten motorischen Antrieb (27) aufweist, der über ein stangenförmiges Antriebsglied (32) über ein Kniehebelgelenk ein Spannelement (37) antreibt, das mit einem am Spannkopf (26) angeordneten Widerlager (42) zusammenwirkt, wobei das Spannelement (37) und/oder das Widerlager (42 – Kiefer) mit als Vor- und/oder Rücksprünge ausgebildeten Profilierungen (40, 41) ausgerüstet sind, die gegen die Karosseriebauteile oder Karosseriebleche (4, 5) zwecks Bildung von Gasabführungskanälen einwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (37) und/oder das Widerlager (42) als Umformrollen (39, 43) ausgebildet sind, die um parallel zueinander verlaufende oder sich unter einem spitzen Winkel schneidende Drehachsen (38) gelagert sind und die Profilierungen (40, 41) an ihren mit den Karosseriebauteilen (4, 5) zusammenwirkenden Oberflächenabschnitten über ihren Umfang verteilt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformrollen (39, 43) gleiche Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformrollen (39, 43) in Richtung ihrer Drehachse (38) gleiche Breite aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformrollen (39, 43) zumindest an ihren Profilierungen (40) aufweisenden Umfangsabschnitten aus einem keramischen Werkstoff oder aus gehärtetem Stahl bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (40) in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (40) jeweils auf einem konzentrischen um den Mittelpunkt der betreffenden Umformrolle (39, 43) gedachten Kreis angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (40) sowohl in der Breite als auch in Umfangsrichtung der betreffenden Umformrolle (39, 43) versetzt zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (40) unterschiedliche Höhen- und/oder Dickenabmessungen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (40) aus Vor- und Rücksprüngen bzw. Vertiefungen (44) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Umformrollen (39, 43) als Vorsprünge ausgebildete Profilierungen (40) und die das Widerlager (42) bildende Umformrolle (43) entsprechende Vertiefungen (45) aufweist, mit denen die als Vorsprünge ausgebildeten Profilierungen (40) zusammenwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (45) als konzentrische Rillen ausgebildet sind, in die die als Vorsprünge ausgebildeten Profilierungen (40) eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umformrolle (39, 43) eine als Rille ausgebildete konzentrische nutförmige Vertiefung (49) und daneben auf einem konzentrischen Kreis liegende Vorsprünge (50) aufweist und daß die entsprechende Gegenrolle ebenfalls mit einer nutförmigen Vertiefung (51) und mit Vorsprüngen (52) versehen sind, derart, daß die Vorsprünge (50, 52) der jeweiligen Umformrolle (39, 43) in die rillenförmige Vertiefung (49, 51) der anderen Umformrolle (39, 43) eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Umformrolle (39) mehrere konzentrische Reihen von Vorsprüngen (40, 41) und die andere Umformrolle (43) mehrere rillenförmige Vertiefungen (44, 45) aufweist, in die die entsprechenden Vorsprünge (40, 41) eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (40, 41) dornenförmig gestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (40, 41) konisch zugespitzt nach außen verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (40, 41) noppenförmig ausgebildet sind und daß die Noppen an ihrem freien Ende abgerundet ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Umformwerkzeuge mit einem Weg-Meß-System gekuppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Umformwerkzeuge mit einem Sensor zur Messung der Presskraft gekuppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Umformwerkzeuge mit einem Dehnmessstreifen gekuppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung gekuppelt ist, über welche je nach verwendeten Blechen die Anpresskraft der Umformwerkzeuge gegen die Bleche steuer- oder regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Rollen ausgebildeten Umformwerkzeuge (z. B. 17, 18), insbesondere durch ein Getriebe, in ihren Drehbewegungen synchronisiert sind.