DE112018003830T5

DE112018003830T5 - Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von teilen zum laserschweissen

Info

Publication number: DE112018003830T5
Application number: DE112018003830.0T
Authority: DE
Inventors: Shuding Lin; Mike St. Pierre
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US20190030642A1; CN110891729A; CN110891729B; WO2019018945A1; US10850348B2

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Teilen zum Schweißen, mit einer unteren Schweißspanneinrichtung und einer oberen Schweißspanneinrichtung. Die untere Schweißspanneinrichtung weist mehrere fixierte Arretierstifte auf zum Positionieren von zu schweißenden Teilen und zum Begrenzen einer Bewegung der Teile entlang einer ersten Achse und einer dazu senkrechten zweiten Achse. Zumindest ein Paar von Ausrichtungsblockbaugruppen, welche die zu schweißenden Teile entlang der ersten und der zweiten Achse in Bewegung versetzen. Die Ausrichtungsblockbaugruppe weist einen Ausrichtungsblock auf, der aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist, um mit den Teilen in Kontakt zu kommen und sie auszurichten. Ein Stellglied, das mit der oberen Schweißspanneinrichtung oder der unteren Schweißspanneinrichtung gekoppelt ist, um den Ausrichtungsblock aus der ersten Position in die zweite Position in Bewegung zu versetzen, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die Anmeldung beansprucht die Rechte und die Priorität der am 28. Juli 2017 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/538,296 mit dem Titel DEVICE AND METHOD FOR ALIGNMENT OF PARTS FOR LASER WELDING. Der Inhalt der genannten Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich in die vorliegende ausführliche Beschreibung aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung, die für die Ausrichtung von Teilen, genauer von Teilen, die verwendet werden, um ultradünne Wärmeübertragungsvorrichtungen herzustellen, vor dem Laserschweißen der Teile verwendet wird, und ein Verfahren zum Ausrichten der Teile.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Wärme, die von Computerchips in elektronischen Vorrichtungen für den persönlichen Gebrauch erzeugt wird, muss abgeleitet werden, um hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten aufrechterhalten zu können und um hohe Temperaturen zu vermeiden, die eine Beschädigung der Vorrichtung bewirken oder für den Benutzer unangenehm sein können. Eine Wärmeableitung ist umso wichtiger, je kleiner die Chips werden und je höher die Verarbeitungsgeschwindigkeiten werden, was zu erhöhten Leistungsdichten und einer vermehrten Wärmeerzeugung pro Einheitsfläche führt.
Manche elektronischen Vorrichtungen für den persönlichen Gebrauch beinhalten dünne Wärmeverteilungsvorrichtungen, wie etwa plane Flächengebilde aus Graphit und/oder Kupfer, und/oder Wärmeleitungen, die auf planen Flächengebilden montiert sind, um die Wärme, die von dem Computerchip über der Fläche der Vorrichtung erzeugt wird, zu verteilen und abzuleiten. Es ist anzunehmen, dass die Wirksamkeit dieser heutigen Technologien möglicherweise nicht ausreichen wird, um die erhöhten Leistungsdichten künftiger Generationen von Computerchips zu bewältigen.
Kompakte Kühlvorrichtungen, bei denen die Wärme des Computerchips als latente Kondensationswärme von dem Chip wegtransportiert wird, sind bekannt. Diese Vorrichtungen werden als „Dampfkammern“ bezeichnet und weisen eine flache, plane, tafelartige Struktur auf mit einer internen Kammer, die ein Arbeitsfluid enthält. Ein Bereich der Dampfkammer, der mit dem Computerchip in Kontakt steht, umfasst ein Flüssigkeitsreservoir. Wärme, die von diesen Computerchips erzeugt wird, bringt das Arbeitsfluid im Flüssigkeitsreservoir zum Sieden, und das gasförmige Arbeitsfluid, das durch das Sieden erzeugt wird, wird durch interne Gasströmungswege über den gesamten Bereich der Dampfkammer zirkulieren gelassen. Das Sieden des Arbeitsfluids in dem Reservoir kühlt den Chip ab. Während das gasförmige Arbeitsfluid von dem Computerchip weg strömt, sinkt seine Temperatur und es kondensiert und setzt dabei Kondensationswärme in Bereichen frei, die abseits von dem Chip liegen, wodurch die Wärme über dem Bereich der Dampfkammer verteilt wird. Das kondensierte Arbeitsfluid wird dann zurück zum Reservoir transportiert, um den Zyklus zu wiederholen. Zum Beispiel kann die Kammer ein hydrophiles Dochtmaterial enthalten, das einen Kapillarfluss des kondensierten Arbeitsfluids zurück zum Reservoir bewirkt, um den Zyklus zu wiederholen. Ein Beispiel für eine Dampfkammer ist in der Veröffentlichung Nr. US 2016/0290739 A1 von Mochizuki et al. offenbart.
Dampfkammern werden üblicherweise aus Kupfer aufgebaut, und die Schichten, die das Teil bilden, werden durch Diffusionsschweißen aneinandergefügt. Kupfer ist nachgiebig und teuer, wodurch es schwierig ist, Teile herzustellen, die ausreichend starr sind und gleichzeitig die Dickenanforderungen der Industrie erfüllen. Außerdem ist das Diffusionsschweißen ein langsamer Chargenprozess, und die Herstellung jedes Teils kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Somit ist die Verwendung des Diffusionsschweißens für die Massenproduktion von Dampfkammern unwirtschaftlich.
Es besteht nach wie vor ein Bedarf an verbesserten Dampfkammern, die ausreichend starr, dünn, haltbar und preiswert in der Herstellung sind, sowie an Herstellungsverfahren dafür. Da diese Wärmeübertragungsvorrichtungen ultradünn sind, kann eine ordnungsgemäße Ausrichtung und Verschweißung der Teile, aus denen die ultradünnen Wärmeübertragungsvorrichtungen hergestellt werden, schwierig sein, und es besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, die bei der ordnungsgemäßen Ausrichtung der Teile der ultradünnen Wärmeübertragungsvorrichtungen vor dem Schweißen helfen kann, um sicherzustellen, dass diese ordnungsgemäß hergestellt werden. Darüber hinaus besteht in der Technik ein Bedarf an einem Verfahren zum ordnungsgemäßen Ausrichten der Teile, die für die Herstellung der ultradünnen Wärmeübertragungsvorrichtungen verwendet werden, vor dem Schweißen.
Figurenliste
Nun wird anhand von Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Ausführungsbeispiele für die vorliegende Anmeldung zeigen und in denen:

1 eine Draufsicht auf eine untere Spanneinrichtungsbaugruppe der Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
2 eine seitliche Querschnittsansicht der unteren Spanneinrichtungsbaugruppe der Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
3 eine Querschnittsansicht der Ausrichtungsblockbaugruppe in der unteren Spanneinrichtungsbaugruppe der Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt, wobei der Querschnitt eine andere Richtung hat als derjenige, der in 2 gezeigt ist;
4 eine vergrößerte Ansicht des in 2 mit einem Kreis markierten Abschnitts zeigt;
5 eine seitliche Querschnittsansicht der oberen Spanneinrichtungsbaugruppe der Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
6 eine Querschnittsansicht der Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
7 eine seitliche Querschnittsansicht der unteren Spanneinrichtungsbaugruppe der Schweißvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
8 eine Querschnittsansicht der Schweißvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
9 eine Draufsicht auf eine untere Spanneinrichtungsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
10 eine Draufsicht auf eine untere Spanneinrichtungsbaugruppe vor der Ausrichtung der Platten gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
11 eine Draufsicht auf eine untere Spanneinrichtungsbaugruppe nach einer Ausrichtung von Platten gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
12 eine Draufsicht auf eine obere Spanneinrichtungsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung zeigt; und
13 eine Draufsicht auf eine zweite obere Spanneinrichtungsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung zeigt;

In verschiedenen Figuren können gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die Vorrichtung und das Verfahren, die zum Ausrichten von Teilen zum Schweißen verwendet werden, werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine untere Schweißspanneinrichtung 2 einer Vorrichtung 1, die zum Ausrichten eines Plattenpaars 8 vor dem Schweißen verwendet wird. Die Vorrichtung 1 weist eine untere Schweißspanneinrichtung 2 und eine obere Schweißspanneinrichtung 4 (5) auf. Auch wenn die Form der unteren Schweißspanneinrichtung 2 allgemein achteckig ist, wird ein Fachmann erkennen, dass die Form der Spanneinrichtung nicht besonders beschränkt ist und abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden kann. In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann die untere Schweißspanneinrichtung 2 mit einem Profil 6 versehen sein, das die Position der zu schweißenden Platten 8 umreißt. Das Profil 6 kann durch Herausätzen oder Markieren eines Umrisses des Umfangs der zu schweißenden Platten 8 ausgebildet werden. Auch wenn das in 1 gezeigte Profil 6 eine allgemein rechteckige Form aufweist, wird ein Fachmann erkennen, dass die Form des Profils 6 abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden kann. Außerdem ist die Bereitstellung eines Profils an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 weder notwendig noch gefordert, solange die untere Schweißspanneinrichtung 2 mit Merkmalen zum Ausrichten der Platten 8 versehen ist, wie hierin beschrieben. Somit kann die untere Schweißspanneinrichtung 2 ohne das Profil bereitgestellt werden, das die in 1 gezeigte Ätzung oder Markierung aufweist, wobei das Profil durch das Vorhandensein der Stifte 10 und der Ausrichtungsblockbaugruppen 12 (unten beschrieben) geschaffen wird.
Die untere Schweißspanneinrichtung 2 ist außerdem mit einem Satz von fixierten Arretierstiften 10 und einem Satz von Ausrichtungsblockbaugruppen 12 versehen. Die Struktur der fixierten Arretierstifte 10 ist nicht besonders beschränkt und kann abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. In der gezeigten Ausführungsform sind die fixierten Arretierstifte 10 von zylindrischer Form und stehen aus der Ebene des Papiers vor. Außerdem sind die fixierten Arretierstifte 10 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 festgelegt, um dabei zu helfen, eine Bewegung der Platten 8 zu verhindern. Die Anzahl und die Position der fixierten Arretierstifte 10 sind nicht besonders beschränkt und können abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind drei fixierte Arretierstifte 10 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 entlang des Randes des Profils 6 der Platten 8 bereitgestellt. Zwei von den fixierten Arretierstiften 10 sind an einem ersten Rand 14 des Profils 6 der Platten 8 positioniert und verhindern eine Bewegung der Platten 8 entlang einer ersten Achse (X); und ein einzelner Arretierstift 10 ist an einem zweiten Rand 16 des Profils 6 der Platten 8 positioniert und verhindert eine Bewegung der Platten 8 entlang einer zweiten Achse (Y). Wie oben angegeben, fungieren die Stifte 10 als Anschlag, um eine Bewegung der Platten 8 zu verhindern und die Ausrichtung der Platten 8 zu unterstützen. Somit kann die Anzahl der Stifte 10 variiert werden und abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Stifte 10 auf jeder Seite der Platten 8 verwendet werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die untere Schweißspanneinrichtung 2 auch mit einem Paar von Ausrichtungsblockbaugruppen 12 versehen, die dabei helfen, eine ordnungsgemäße Ausrichtung der zu schweißenden Platten 8 sicherzustellen. Eine der Ausrichtungsblockbaugruppen 12 ist entlang eines dritten Randes 18 des Profils 6 positioniert und hilft bei der Ausrichtung der Platten 8, indem sie ihre Bewegung in der Richtung der ersten Achse (X) bewirkt. Die zweite Ausrichtungsblockbaugruppe ist entlang eines vierten Randes 20 des Profils 6 positioniert und hilft bei der Ausrichtung der Platten 8, indem sie deren Bewegung in der Richtung der zweiten Achse (Y) bewirkt.
Die Position der Ausrichtungsblockbaugruppen 12 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 ist nicht besonders beschränkt und kann abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die Ausrichtungsblockbaugruppen 12 so positioniert, dass sie den fixierten Arretierstiften 10, die Bewegungen der Platten 8 verhindern, gegenüberliegen. Wie in den 9-11 gezeigt ist, kann die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 zu den fixierten Arretierstiften 10 jedoch versetzt sein und ihnen nicht gegenüberliegen, solange die fixierten Arretierstifte 10 und die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 zusammenarbeiten, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Platten 8 vor dem Schweißen sicherzustellen. Wie hierin beschrieben, drückt die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 die Platten 8 gegen die Stifte 10, wobei mindestens eine Ausrichtungsblockbaugruppe 12 entlang der ersten (X-)Achse gegen die Platten 8 drückt und eine andere Ausrichtungsblockbaugruppe 12 entlang der zweiten (Y-)Achse gegen die Platten 8 drückt. Für die Zwecke der Ausrichtung kann eine oder können mehrere Ausrichtungsblockbaugruppe 12 verwendet werden, um entlang der ersten (X-)Achse und/oder der zweiten (Y-)Achse auf die Platten zu drücken.
Als Ausführungsbeispiel werden die Verbindung der Ausrichtungsblockbaugruppe 12 mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 und ihre Struktur unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, ist in einer Ausführungsform die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 innerhalb eines unteren Schweißspanneinrichtungshohlraums 22 in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert. Die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 weist einen L-förmigen Ausrichtungsblock 24 (3), eine Blockhalterung 26, eine Schraube 28 und eine Blockfeder 30 auf, die in einer Kammer 32 (2) des L-förmigen Ausrichtungsblocks 24 positioniert ist. Die Größe des unteren Schweißspanneinrichtungshohlraums 22 erlaubt eine laterale Bewegung des L-förmigen Ausrichtungsblocks (24) in der Ebene der unteren Schweißspanneinrichtung 2. Die Blockhalterung 26 wird durch die Schraube 28 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 fixiert und liegt an der Lippe 34 des L-förmigen Ausrichtungsblocks 24 an, um eine Bewegung der L-förmigen Ausrichtung 24 aus der Ebene der Seite (entlang einer Achse, die senkrecht ist zu sowohl der X- als auch der Y-Achse), zu begrenzen.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der L-förmige Ausrichtungsblock 24 eine Kammer 32 auf, in der eine Blockfeder 30 positioniert ist. Der L-förmige Block 24 weist eine Plattenkontaktfläche 36 auf, die an der Platte oder dem Plattenpaar 8 anliegt, um die Ausrichtung der Platten 8 vor dem Schweißen zu unterstützen. Außerdem weist der L-förmige Block 24 eine abgeschrägte oder gerundete Oberfläche 38 auf, die der Plattenkontaktfläche 36 entgegengesetzt ist. Während einer Ruhephase, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 nicht anliegt, oder vor der Ausrichtung der Platten 8, spannt die Blockfeder 30 den L-förmigen Block 24 zu einer ersten Position des L-förmigen Blocks 24 im unteren Schweißspanneinrichtungshohlraum 22 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 vor. In der ersten Position des L-förmigen Blocks 24 ist die Plattenkontaktfläche 36 des L-förmigen Blocks 24 weg vom Rand des Profils 6 oder der Platten 8 positioniert, wodurch eine Positionierung der Platten 8 an oder das Herausholen derselben zwischen den Ausrichtungsblockbaugruppen 12 und Arretierstiften 10 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 erleichtert werden.
Wie hierin näher beschrieben wird, bewegt sich der L-förmige Block 24, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert wird, um die Platten 8 zu verschweißen, zur zweiten Position (6) des L-förmigen Blocks 24 im unteren Schweißspanneinrichtungshohlraum 22 der unteren Schweißspanneinrichtung 2. In der zweiten Position wird die Blockfeder 30 komprimiert, während die Plattenkontaktfläche 36 des L-förmigen Blocks 24 an den Rand des Profils 6 gebracht und an diesem ausgerichtet wird, was zur Ausrichtung der Platten 8 vor und während des Schweißens führt.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des mit einem Kreis markierten Abschnitts von 2 und zeigt das Plattenpaar 8, das an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert ist, vor der Ausrichtung und dem Schweißen.
In einer Ausführungsform weist die obere Schweißspanneinrichtung 4, die mit der in 2 gezeigten unteren Schweißspanneinrichtung 2 verwendet wird, zwei Keilschieberbaugruppen 40 auf, die in der oberen Schweißspanneinrichtung 2 positioniert sind, um an den Ausrichtungsblockbaugruppen 12 an der unteren Schweißspanneinrichtung 2 ausgerichtet zu werden, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 und die untere Schweißspanneinrichtung 4 zusammengebracht werden, um die Schweißvorrichtung 1 zu bilden. Die Keilschieberbaugruppen 40 fungieren als Stellglieder 78, um die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 in Bewegung zu setzen. Die Anzahl der Keilschieberbaugruppen 40 kann variieren und hängt von der Anzahl der Ausrichtungsblockbaugruppen 12 ab. Die Anzahl der Keilschieberbaugruppen 40 ist der Anzahl der Ausrichtungsblockbaugruppen 12 gleich, wobei jede Keilschieberbaugruppe so positioniert ist, dass sie an einer Ausrichtungsblockbaugruppe 12 angreift.
Jede Keilschieberbaugruppe 40 weist einen Keilschieber 42, eine Keilschieberbaugruppenfeder 44, eine Federabdeckung 46 und einen Satz von Schrauben 48 auf. In der gezeigten Ausführungsform werden zwei Schrauben 48 verwendet, um die Federabdeckung 46 an der oberen Oberfläche 50 der oberen Schweißspanneinrichtung 4 zu montieren. Die Keilschieberbaugruppenfeder 44 greift an einem Ende an der Federabdeckung 46 und an einem entgegensetzten Ende am Keilschieber 42 an.
In einer Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, ist die Keilschieberbaugruppe 40 in einer Ausnehmung 52 der oberen Schweißspanneinrichtung 4 positioniert. In der gezeigten Ausführungsform weist der Keilschieber 42 ein allgemein T-förmiges Profil auf, wobei das obere Ende 54 des Keilschiebers 42 an einer Stufe 56 angreift, die in der Wand der oberen Schweißspanneinrichtung 4 ausgebildet ist, welche die Ausnehmung 52 definiert, um eine ordnungsgemäße Positionierung des Keilschiebers in der Ausnehmung 52 sicherzustellen. Die Keilschieberbaugruppenfeder 44 ist so angeordnet, dass sie am oberen Ende 54 des Keilschiebers 42 angreift, um die Bewegung des Keilschiebers 42 zu begrenzen und den Keilschieber in eine Position vorzuspannen, wo das obere Ende 54 des Keilschiebers 42 an der Stufe 56 angreift, die in der Wand der oberen Schweißspanneinrichtung 4 ausgebildet ist, welche die Ausnehmung 52 definiert. Das untere Ende 58 des Keilschiebers 42 weist eine allgemein flache Oberfläche auf, die in einer Ausführungsform, als Beispiel und ohne Beschränkung, mit der unteren Oberfläche 60 der oberen Schweißspanneinrichtung 4 bündig oder an dieser ausgerichtet sein kann. Das untere Ende 58 des Keilschiebers ist außerdem mit einer abgeschrägten Oberfläche 62 versehen, die am L-förmigen Ausrichtungsblock 24 angreift und diesen in eine Bewegung von der ersten Position in die zweite Position des L-förmigen Ausrichtungsblocks 24 versetzt.
Die untere Oberfläche 60 der oberen Schweißspanneinrichtung 4 weist einen Ausschnitt 64 auf, der so ausgebildet ist, dass er den L-förmigen Ausrichtungsblock 24 aufnimmt, der sich über die obere Oberfläche 66 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 hinaus erstreckt, und eine Bewegung des L-förmigen Ausrichtungsblocks 24 von der ersten Position zur zweiten Position ermöglicht, so dass dieser an den Platten 8 angreifen und diese ausrichten kann, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 platziert wird, um die Schweißvorrichtung 1 zu bilden. Wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 platziert wird, kommt der Keilschieber 42 in der oberen Schweißspanneinrichtung 4 mit dem L-förmigen Ausrichtungsblock 24 in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 in Kontakt und drückt auf den L-förmigen Ausrichtungsblock 24, wodurch er ihn vorwärts in die zweite Position bewegt, um die Teile (die zu verschweißenden Platten 8) auszurichten, bevor die obere und die untere Schweißspanneinrichtung 4, 2 vollständig abschließen. Der L-förmige Ausrichtungsblock 24 hört auf sich zu bewegen, wenn er die Seitenwand 68 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 berührt. Die obere Schweißspanneinrichtung 4 wird nach unten bewegt, bis sie vollständig abschließt, was dazu führen kann, dass der Keilschieber 42 nach oben gedrückt wird, um die Keilschieberbaugruppenfeder 44 zu komprimieren, wie in 6 gezeigt ist.
Die 7 und 8 betreffen eine zweite Ausführungsform einer hierin offenbarten Schweißvorrichtung 1. Die zweite Ausführungsform der Schweißvorrichtung 1 ähnelt der ersten Ausführungsform, die in den 1-6 offenbart ist, wobei hierin die Unterschiede offenbart werden.
Die untere Schweißspanneinrichtung 2 kann ein Profil 6 aufweisen, das dem in 1 gezeigten Profil ähnelt, und ist mit fixierten Arretierstiften 10 und einem Paar Ausrichtungsblockbaugruppen 12 versehen. Wie oben angegeben, ist die Bereitstellung eines Profils 6 nicht notwendig, und es können auch untere Schweißspanneinrichtungen 2 ohne ein Profil 6 verwendet werden. Der Hohlraum 22, der in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 ausgebildet ist, weist in der zweiten Ausführungsform ein größeres Volumen auf als der Hohlraum 22, der in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Auch wenn der in 7 gezeigte Hohlraum 22 zwei Abschnitte aufweist, wobei ein Abschnitt die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 aufweist und ein anderer, tieferer Abschnitt ein Stellglied 78 aufweist, um den Ausrichtungsblock 24 zu verstellen, kann die Tiefe des Hohlraums 22 abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. Die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 in der zweiten Ausführungsform weist das Stellglied 78 auf, das in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 angeordnet ist statt in der oberen Schweißspanneinrichtung 4 wie in der ersten Ausführungsform. Außerdem unterscheidet sich die Struktur des Stellglieds 78 aufgrund der Position des Stellglieds 78 in der unteren Schweißspanneinrichtung 2 von der Struktur des Stellglieds 78 in der ersten Ausführungsform, aber in beiden Ausführungsformen setzt das Stellglied 78 die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 in Bewegung, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 abschließend mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 angeordnet wird.
Die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 der zweiten Ausführungsform weist einen L-förmigen Ausrichtungsblock 24, eine Blockfeder 30 und eine Blockhalterung 26 auf, wobei der L-förmige Ausrichtungsblock von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist, ähnlich wie die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben wurde.
Um die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 zu verstellen, weist die Ausrichtungsblockbaugruppe 12 der zweiten Ausführungsform ein Stellglied 78 auf, das mit einem Kippblock 70, einem Achsenstift 72, einem Ankerblock 74 und einer oder mehreren Schrauben 28 zum Fixieren des Ankerblocks 74 im Hohlraum 22 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 versehen ist. In der in 7 gezeigten Ausführungsform befindet sich das Stellglied 78 im tieferen Abschnitt des Hohlraums 22. Der Achsenstift 72 ist mit dem Ankerblock 74 und dem Kippblock 70 gekoppelt und ermöglicht ein Verschwenken des Kippblocks 70 um die Achse des Stiftes 72.
Die Struktur des bereitgestellten Kippblocks 70 ist nicht besonders beschränkt. Der Kippblock 70 weist einen mittleren Körperabschnitt 80 auf, der eine Öffnung (nicht gezeigt) zum Aufnehmen des Achsenstifts 72 aufweist, so dass dieser hindurch passt und den Kippblock 70 festhält. Der Kippblock 70 ist auch mit einer Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 versehen, die sich oberhalb der Oberseite 66 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 erstreckt. Wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 in Kontakt gebracht wird, kommt die obere Schweißspanneinrichtung 4 auch mit der Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 in Kontakt, was bewirkt, dass der Kippblock 70 um den Achsenstift 72 verschwenkt wird. Nachdem die obere Schweißspanneinrichtung 4 abschließend mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 angeordnet wurde (8), liegt die Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 in einer Ebene, die parallel ist zu der Ebene der unteren Oberfläche 60 der oberen Schweißspanneinrichtung 4. Außerdem ist die Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 so aufgebaut, dass sie im Hohlraum 22 positioniert ist, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert ist.
Der Kippblock 70 ist außerdem mit einer Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläche 84 versehen, die der Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 entgegengesetzt ist, wobei der Kippblockkörper 80 zwischen der Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82 und der Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläche 84 liegt. Die Struktur und die Form der Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläche 84 sind nicht besonders beschränkt und können abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. Ferner bewegt sich die Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläche 84, wenn der Kippblock 70 um den Achsenstift 72 verschwenkt wird, von einer zurückgesetzten Position, wo der Ausrichtungsblock 24 die erste Position einnimmt und von den Platten 8 beabstandet ist, in eine anliegende Position, wo der Ausrichtungsblock 24 die zweite Position einnimmt und bewirkt, dass sich die Platten 8 ausrichten.
Die Gesamtstruktur des Kippblocks 70 ist nicht besonders beschränkt und kann abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen variiert werden. In der dargestellten Ausführungsform weist der Kippblock 70 ein gekrümmtes Profil auf, von dem sich ein Ende (die Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche 82) oberhalb der Oberseite 66 der unteren Schweißspanneinrichtung 2 erstreckt, und wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 in Kontakt gebracht wird, setzt das Stellglied 78 den L-förmigen Ausrichtungsblock 24 in Bewegung, so dass sich dieser aus einer ersten Position in die zweite Position bewegt, wobei das zweite Ende (die Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläche 84) am Ausrichtungsblock 24 angreift, wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 mit der unteren Schweißspanneinrichtung 2 in Kontakt gebracht wird. Wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 weg bewegt wird, drückt die Blockfeder 30 den L-förmigen Ausrichtungsblock 24 in die erste Position und weg vom Profil 6 oder den Platten 8, um einen Raum für ein einfaches Einbringen/Herausholen der zu schweißenden Platten 8 bereitzustellen.
Wie in 8 gezeigt ist, weist die obere Schweißspanneinrichtung 4 einen Ausschnitt 64 in der unteren Oberfläche 60 auf, der so positioniert ist, dass er den L-förmigen Ausrichtungsblock 24 aufnehmen kann und dessen Bewegung aus der ersten Position in die zweite Position zulässt. Anders als in der ersten Ausführungsform, die in den 5 und 6 gezeigt ist, fehlt der oberen Schweißspanneinrichtung 4 der zweiten Ausführungsform eine Keilschieberbaugruppe. Wenn die obere Schweißspanneinrichtung 4 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 platziert wird, berührt stattdessen die untere Oberfläche 60 der oberen Schweißspanneinrichtung 4 den Kippblock 70 in der Ausrichtungsblockbaugruppe 12, wodurch bewirkt wird, dass sich der Kippblock 70 um den Achsenstift 72 dreht, was dazu führt, dass der L-förmige Ausrichtungsblock 24 in die zweite Position gedrückt wird, um die zu schweißenden Platten 8 auszurichten.
Die 9-13 zeigen Draufsichten auf eine dritte Ausführungsform der Schweißvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. 9 zeigt die untere Schweißspanneinrichtung 2 bevor die 8 Platten auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert werden. Nachdem die Platten 8 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert wurden 8, können sie versetzt oder fehlausgerichtet sein, wie in 11 gezeigt ist. Dann wird die obere Schweißspanneinrichtung 4 auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 positioniert, um die Platten 8 zu schweißen, wie hierin beschrieben. Nach dem Schweißen wird die obere Schweißspanneinrichtung 4 entfernt, so dass man ausgerichtete und verschweißte Platten 8 erhält, wie in 10 gezeigt ist.
Die 12 und 13 zeigen zwei verschiedene Arten von oberen Schweißspanneinrichtungen 4 mit Schlitzen 76 in der oberen Schweißspanneinrichtung 4. Die äußersten Schlitze 76 zeigen die Außenränder der zu schweißenden Platten 8 und stellen eine Öffnung zum Laserschweißen der Platten 8 bereit.
Wenn die Platten 8 geschweißt werden, wird zunächst die obere Schweißspanneinrichtung 4, die in 12 gezeigt ist, auf der unteren Schweißspanneinrichtung 2 platziert, um die Platten 8 auszurichten. In der in 12 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Schlitze 76 entlang der zweiten (Y-)Achse, während sich die Schlitze 76 in der in 13 gezeigten Ausführungsform entlang der ersten (X-)Achse erstrecken. Sobald sie positioniert wurden und abschließen, können die Platten 8 unter Verwendung der von den Schlitzen 76 bereitgestellten Öffnungen geschweißt werden. Zum Beispiel wird der Rand der Platten 8, die sich entlang der zweiten (Y-)Achse erstrecken, geschweißt, nachdem die obere Schweißspanneinrichtung 4, die in 12 gezeigt ist, positioniert wurde. Die obere Schweißspanneinrichtung 4 wird entfernt und durch die in 13 gezeigte obere Schweißspanneinrichtung 4 ersetzt, die auf ähnliche verwendet wird, um die Ränder der Platten 8 zu verschweißen, die sich entlang der ersten (X-)Achse erstrecken. In einer noch weiteren Ausführungsform kann die obere Schweißspanneinrichtung 4 mit Schlitzen 76 versehen sein, die sich entlang sowohl der ersten als auch der zweiten Achse erstrecken.
Es können bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Daher sind die oben erörterten Ausführungsformen als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufzufassen.
Bezugszeichenliste

1: Schweißvorrichtung
2: Untere Schweißspanneinrichtung
4: Obere Schweißspanneinrichtung
6: Profil an der unteren Schweißspanneinrichtung
8: Plattenpaar
10: Fixierte Arretierstifte
12: Ausrichtungsblockbaugruppen
14: erster Rand des Profils
16: zweiter Rand des Profils
18: dritter Rand des Profils
20: vierter Rand des Profils
22: Hohlraum an der unteren Schweißspanneinrichtung
24: L-förmigerAusrichtungsblock
26: Blockhalterung
28: Schraube
30: Blockfeder
32: Kammer
34: Lippe des L-förmigen Ausrichtungsblocks
36: Plattenkontaktfläche von 24
38: abgeschrägte oder gerundete Oberfläche
40: Keilschieberbaugruppen
42: Keilschieber
44: Keilschieberbaugruppenfeder
46: Federabdeckung
48: Schrauben der Keilschieberbaugruppe
50: Oberseite von 4
54: Oberes Ende des Keilschiebers
56: In 52 ausgebildete Stufe
58: Unteres Ende des Keilschiebers
60: Unterseite von 4
62: Konische Oberfläche des Keilschiebers
64: Ausschnitt in der unteren Oberfläche von 4
66: Oberseite von 2
68: Seitenwand von 2
70: Kippblock
72: ein Achsenstift
74: ein Ankerblock
76: Schlitze in der oberen Schweißspanneinrichtung
78: Stellglied
80: Körperabschnitt
82: Kippblockoberseiten-Schweißplattenkontaktfläche
84: Kippblock-Ausrichtungsblockkontaktoberfläch e

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62538296 [0001]
US 2016/0290739 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Ausrichten von Teilen zum Schweißen, wobei die Vorrichtung umfasst: eine untere Schweißspanneinrichtung und eine obere Schweißspanneinrichtung, wobei die obere Schweißspanneinrichtung von einer anliegenden Position, in der die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift, in eine gelöste Position, in der die obere Schweißspanneinrichtung von der unteren Schweißspanneinrichtung beabstandet ist, bewegbar ist; wobei die untere Schweißspanneinrichtung aufweist: ein Profil, das eine Kontur der Position des zu schweißenden Teils bereitstellt; mehrere fixierte Arretierstifte, die entlang eines Umfangsrands des Profils positioniert sind und die Bewegung des zu schweißenden Teils entlang einer ersten Achse und einer zweiten Achse beschränken, wobei die erste Achse senkrecht ist zu der zweiten Achse; und zumindest ein Paar von Ausrichtungsblockbaugruppen, die entlang des Umfangsrands des Profils positioniert sind, um das zu schweißende Teil entlang der ersten Achse und der zweiten Achse in Bewegung zu setzen; wobei jede von den Ausrichtungsblockbaugruppen einen Ausrichtungsblock aufweist, der von einer ersten Position, in welcher der Ausrichtungsblock vom Umfangsrand des Profils beabstandet ist, in eine zweite Position, in welcher der Ausrichtungsblock nahe an dem Profil liegt, bewegbar ist; und ein Stellglied, das mit der oberen Schweißspanneinrichtung oder der unteren Schweißspanneinrichtung gekoppelt ist, um den Ausrichtungsblock aus der ersten Position in die zweite Position in Bewegung zu setzen, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die untere Schweißspanneinrichtung einen Hohlraum zum Aufnehmen der Ausrichtungsblockbaugruppe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausrichtungsblock ein L-förmiger Ausrichtungsblock ist, der eine Kammer mit einer Blockfeder in der Kammer aufweist, und jede von den Ausrichtungsblockbaugruppen umfasst: eine Blockhalterung, die an einer Lippe des L-förmigen Ausrichtungsblocks angreift, wobei die Blockhalterung den L-förmigen Ausrichtungsblock in dem Hohlraum hält; und eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Blockhalterung an der unteren Schweißspanneinrichtung, wobei ein Abschnitt des L-förmigen Ausrichtungsblocks oberhalb einer oberen Oberfläche der unteren Schweißspanneinrichtung vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Abschnitt des L-förmigen Ausrichtungsblocks, der oberhalb der oberen Oberfläche der Schweißspanneinrichtung vorsteht, eine Plattenkontaktfläche und eine dazu entgegengesetzte abgeschrägte oder gerundete Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die obere Schweißfläche einen Ausschnitt an einer unteren Oberfläche der oberen Schweißfläche aufweist, wobei der Ausschnitt so ausgebildet ist, dass er den Abschnitt des L-förmigen Ausrichtungsblocks, der oberhalb der oberen Oberfläche der unteren Schweißspanneinrichtung vorsteht, aufnehmen kann und eine Bewegung des L-förmigen Ausrichtungsblocks aus der ersten Position in die zweite Position zulässt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Stellglied mit der oberen Schweißspanneinrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Stellglied eine Keilschieberbaugruppe ist, die in der Ausnehmung in der oberen Schweißspanneinrichtung positioniert ist, wobei die obere Schweißspanneinrichtung die Ausnehmung in der Nähe des Ausschnitts in der oberen Schweißspanneinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Keilschieberbaugruppe umfasst: einen T-förmigen Keilschieber mit einem oberen Ende des T-förmigen Keilschiebers, das an einer Stufe in einer Wand der oberen Schweißspanneinrichtung angreift, welche die Ausnehmung definiert; eine Federabdeckung, die an einer oberen Oberfläche der oberen Schweißspanneinrichtung fixiert ist; und eine Keilschieberbaugruppenfeder, die zwischen dem T-förmigen Keilschieber und der Federabdeckung angeordnet ist, wobei die Keilschieberbaugruppenfeder das obere Ende des T-förmigen Keilschiebers vorspannt, so dass es mit der Stufe in Kontakt kommt, wobei dann, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift, das untere Ende des T-förmigen Keilschiebers mit dem L-förmigen Ausrichtungsblock in Kontakt kommt, um den L-förmigen Ausrichtungsblock in dem Hohlraum aus der ersten Position in die zweite Position des L-förmigen Ausrichtungsblocks in Bewegung zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das untere Ende des T-förmigen Keilschiebers eine abgeschrägte Oberfläche aufweist, wobei die abgeschrägte Oberfläche des Keilschiebers mit der abgeschrägten oder gerundeten Oberfläche des L-förmigen Ausrichtungsblocks in Kontakt kommt, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Stellglied mit der unteren Schweißspanneinrichtung gekoppelt ist und im Hohlraum der unteren Schweißspanneinrichtung positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Stellglied umfasst: einen Ankerblock, der an der unteren Schweißspanneinrichtung fixiert ist; einen Achsenstift, der mit dem Ankerblock gekoppelt ist; und einen Kippblock, der mit dem Achsenstift gekoppelt ist und um den Achsenstift drehbar ist, um den L-förmigen Ausrichtungsblock aus der ersten Position in die zweite Position in Bewegung zu setzen, wenn die obere Schweißspanneinrichtung mit der unteren Schweißspanneinrichtung in Kontakt kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Kippblock umfasst: einen Vorsprung, der sich oberhalb einer Ebene der oberen Oberfläche der unteren Schweißspanneinrichtung zur oberen Schweißspanneinrichtung erstreckt, wobei der L-förmige Ausrichtungsblock die erste Position einnimmt; und eine Zunge, die aus einer Ruheposition in eine Verstellposition bewegbar ist, um den L-förmigen Block zur zweiten Position in Bewegung zu setzen, wenn sich der Block dreht; wobei die untere Oberfläche der oberen Schweißspanneinrichtung mit dem Vorsprung an dem Block in Kontakt kommt, der den Blocks in Drehung und die Zunge aus der Ruheposition in die Betätigungsposition in Bewegung versetzt, wobei der Vorsprung bündig ist mit der oberen Oberfläche der unteren Schweißspanneinrichtung, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die obere Schweißspanneinrichtung einen oder mehrere Schlitze entlang eines oder mehrerer Umfangsränder der Teile umfasst, wodurch ein Schweißen der Teile möglich ist.
Verfahren zum Schweißen von Teilen unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer unteren Schweißspanneinrichtung und einer oberen Schweißspanneinrichtung, wobei die untere Schweißspanneinrichtung mehrere fixierte Arretierstifte zum Positionieren von zu schweißenden Teilen und zum Begrenzen einer Bewegung der Teile entlang einer ersten Achse und einer dazu senkrechten zweiten Achse und mindestens ein Paar von Ausrichtungsblockbaugruppen, welche die zu verschweißenden Teile entlang der ersten Achse und der zweiten Achse in Bewegung versetzen, aufweist, wobei die Ausrichtungsblockbaugruppe einen Ausrichtungsblock, der aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist, um mit den Teilen in Kontakt zu kommen und diese auszurichten, und ein Stellglied aufweist, das mit der oberen oder unteren Schweißspanneinrichtung gekoppelt ist, um den Ausrichtungsblock aus der ersten Position in die zweite Position in Bewegung zu versetzen, wenn die obere Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung angreift, und wobei die obere Schweißspanneinrichtung Schlitze entlang der Ränder der zu verschweißenden Teile aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren der zu schweißenden Teile an der unteren Schweißspanneinrichtung; Positionieren der oberen Schweißspanneinrichtung an der unteren Schweißspanneinrichtung; in Bewegung setzen des Ausrichtungsblocks von der ersten Position in die zweite Position, um die zu schweißenden Teile auszurichten; und Schweißen der Teile durch die Schlitze hindurch, um die Teile zu verschweißen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Schweißen durch Laserschweißen durchgeführt wird.