DE19851173C1

DE19851173C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Anschlußenden an Metallschläuchen

Info

Publication number: DE19851173C1
Application number: DE19851173A
Authority: DE
Inventors: Alfred G Arlt
Original assignee: IWK Regler und Kompensatoren GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2018-11-07
Also published as: BR9905152A; US6380509B1

Abstract

Zur Verbesserung und Vereinfachung des Herstellens von Anschlußenden an von einem Endlosschlauch abzutrennenden Metallschlauchstücken sieht die Erfindung vor, daß ein Laserstrahl unter Überlagerung einer zyklischen, zur Achse des Schlauchstücks parallelen Bewegung kontinuierlich über den gesamten Umfang des Schlauchstücks zur Herstellung der Schweißnaht geführt wird, wodurch insbesondere sinus- oder dreieckförmige durchgehende Schweißnähte hergestellt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Anschlußenden an Metallschläuchen, die von einem Endlosschlauch abgetrennt werden, wobei vor dem Trennen überlappende Metallagen durch Laserschweißen fixiert werden und eine Vorrichtung zum Herstellen von Anschlußenden an Metallschlauch stücken, die von einem Endlosschlauch abgetrennt werden, wobei vor dem Trennen überlappende Metallagen durch Schweißen fixiert werden.

Die angesprochenen Metallschläuche werden durch schrau benförmiges Wickeln ein oder mehrerer Lagen von Metall band hergestellt. Die formschlüssige Verbindung benach barter Bandbereiche und/oder Lagen erfolgt durch U-förmi ge Profilierungen oder Verfalzen. Die Fertigungslinien für derartige Schläuchen arbeiten entweder endlos oder erzeugen zumindest Schlauchabschnitte in einer Länge von mehreren Metern.

Für die Weiterverwendung ist es erforderlich, die ge wickelten Schläuche auf ein von der jeweiligen Anwendung bestimmtes Maß abzulängen. Dieser Trennvorgang kann nicht lediglich durch einfaches senkrechtes Schneiden erfolgen, da hierdurch die Fixierung benachbarter Lagen teilweise aufgehoben wird und das Bandende durch seine Eigenspan nung aufspringen würde, so daß am Bandende scharfe Spit zen oder Zwickel entstehen. Schläuche mit derart aufge sprungenen Enden sind nicht weiterverarbeitbar. Vor dem Abtrennen der Schlauchstücke von einem Endlosschlauch wird daher eine Fixierung der Abschlußenden vorgenommen. Dies kann durch Prägen, Eindrücken usw. erfolgen, wozu aufwendige Werkzeuge erforderlich sind, die zudem an die jeweilige Schlauchgeometrie angepaßt sein müssen.

Es wurde daher schon vorgeschlagen, zur Fixierung der Wickellagen im Bereich der herzustellenden Schlauchenden eine große Zahl von Schweißstellen in Form einer Stepp naht durch Strahlschweißen herzustellen und auch die Abtrennung durch Laserschweißen durchzuführen (DE 44 11 246 A1). Nachteilig ist dabei insbesondere die starke Spritzerbildung bei den vorzunehmenden Punktschweißungen bei stark verölten oder beschichteten Metallbändern, da dies zu Verschmutzungen an Bearbeitungsoptiken und Gas führungen führt. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß nebeneinander zwei Steppnähte oder mit erheblich redu zierter Geschwindigkeit eine Steppnaht mit großem Schweißpunktdurchmesser (Spotdurchmesser) erstellt werden müssen. Darüber hinaus ist bei einem endlichen Abstand von Schweißpunkten immer die Gefahr der Bildung kleiner Restzipfel oder -pickel nach dem Abschneiden gegeben.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Herstellung der Anschlußenden von Wickelschläuchen flexibles und wirtschaftlicheres Verfah ren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch ge kennzeichnet ist, daß ein Laserstrahl unter Überlagerung einer zyklischen, einen endlichen Winkel zur Umfangsrich tung des Schlauchstücks einschließenden Bewegung kontinu ierlich über den gesamten Umfang des Schlauchstücks zur Herstellung der Schweißnaht geführt wird. Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung weiterhin bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung vor, daß eine periodisch arbeitende Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des Laser strahls unter einem endlichen Winkel zur Umfangsrichtung des Metallschlauches.

Grundsätzlich kann, wie vorstehend beinhaltet, die zykli sche Bewegung einen endlichen Winkel zur Achse des Schlauchstücks einschließen, insbesondere in einem Be reich von minus 60° bis plus 60° zur Schlauchachse. Durch dieses Vorgehen hat man bei der Gestaltung der Geometrie der Heftnaht einen weiteren Freiheitsgrad zur Verfügung. In bevorzugter Ausgestaltung kann aber auch vorgesehen sein, daß die zyklische Bewegung parallel zur Achse des Schlauchstücks erfolgt. Durch ein solches Vorgehen können insbesondere sinus- oder dreieckförmige (zick-zack-förmige) Nähte hergestellt werden, die in der Regel und vorzugsweise als Einzelnaht ausgeführt werden. Die Anfertigung einer Doppelnaht erübrigt sich daher. Wenn auch aufgrund der sinus- oder dreiecksförmigen Form der Einzelnaht bedingten größeren Länge derselben in über einer achssenkrechten Ebene liegenden Umfangsnaht eine größere Länge der Naht und damit eine größere Erstel lungszeit gegeben ist, so liegt diese doch deutlich unter der Zeit zur Erstellung zweier paralleler Nähte mit gleicher spezifischer Leistungseinbringung in den Schweißbereich bzw. einer Naht mit größerem Spotdurch messer.

Darüber hinaus liegt ein wesentlicher Vorteil des erfin dungsgemäßen Vorgehens darin, daß eine stoffschlüssige Verbindung bis unmittelbar an die Schnittebene gegeben ist, die in der Regel in dem Umkehrpunkt der Schweißnaht liegt. Übliche Amplituden liegen im Bereich von 0,5-2 mm, vorzugsweise bei 0,5-0,7 mm. Durch Steuerung der Laser leistung und/oder der Laserleistungsdichte innerhalb der Schweißbahn läßt sich die Streckenenergie zwecks Minimie rung des Wärmeeintrags an die jeweilige Schlauchgeometrie anpassen und/oder die Schweißtiefe verändern.

Das Trennen von in der vorstehenden Weise mit einer Schweißnaht versehenen Schlauchenden eines Endlosschlau ches, erfolgt vorzugsweise durch Laserstrahlschneiden, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, daß das Trennen der Schlauchstücke vom Endlos schlauch unmittelbar nach dem Verschweißen im gleichen Arbeitsgang erfolgt, während in anderer bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen sein kann, daß das Trennen der Schlauchstücke erst nach vollständiger Erzeugung der Schweißnaht über den gesamten Umfang des Endlosschlauches erfolgt, wobei dann insbesondere das Trennen mit gleichem Laser, der die Schweißnaht erzeugt hat, durchgeführt wird.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sehen vor, daß die zyklische Bewegung des Laserstrahls in Achs richtung des Schlauchstücks mit einer gegenüber der Umdrehungsfrequenz des Endlosschlauches zum Herstellen der umlaufenden Laserschweißnaht in wesentlich höherer Frequenz erfolgt und insbesondere daß die zyklische Bewe gung mit einer Frequenz in der Größenordnung von 150-250 Hz erfolgt.

Die Ablenkeinrichtung für den Laserstrahl ist vorzugswei se durch einen lenkbaren Umlenkspiegel gebildet.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei bung, in der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Abschnitt eines Wickelschlauches vor dem Trennen mit zick-zack- bzw. dreieckförmiger Schweißnaht und

Fig. 2 einen Abschnitt eines Wickelschlauches mit sinusförmiger Schweißnaht.

Erfindungsgemäß wird über den gesamten Umfang eines Wickelschlauches 1, wie eines Agraffschlauches gemäß der Ausgestaltung der Fig. 1 eine sinusförmige Schweißnaht hergestellt, indem der relativen Bewegung eines Laser strahls um den Umfang des Wickelschlauches 1 eine zur Achse A des Wickelschlauches 1 parallele periodische Bewegung mit gegenüber der Umlauffrequenz höherer Fre quenz überlagert wird. Wesentlich ist die Relativdrehung von Laser und Schlauch. Praktisch wird der Wickelschlauch gedreht, während der Laserstrahl nur in Richtung der Drehachse hin und her abgelenkt wird. Es entsteht hier durch die in der Fig. 1 dargestellte, über den Umfang des Wickelschlauches 1 laufende zick-zack- oder dreiecksför mige Schweißnaht 2. Die Amplitude der zyklischen Bewegung in Richtung der Achse A liegt vorzugsweise im Submilli meterbereich (also < 1 mm) und insbesondere bei etwa 0,5-0,7 mm, wobei die Schweißbandbreite im Bereich von 0,25-0,5 mm liegen kann. Derart werden die Lagen des Wickelschlauches 1 im Bereich der nach dem Trennen ent stehenden Enden 3, 4 von Schlauchstücken 6, 7 miteinander verbunden, also fixiert. Anschließend kann etwa mittig der entstandenen Sinusnaht 2 eine Trennung der zu erstel lenden Schlauchstücken 6, 7 entlang einer Trennebene 8 erfolgen, die vorzugsweise senkrecht zur Achse A steht. Die Schnittbreite beträgt in einer vorzugsweisen Ausge staltung etwa 0,25 mm.

Fig. 2 zeigt eine in entsprechender Weise hergestellte sinusförmige Schweißnaht 2 an einem Wickelschlauch 1. Die Erzeugung dieser Schweißnaht erfolgt grundsätzlich in der gleichen Weise.

Die Überlagerungsbewegung des Laserstrahls wird durch eine Einrichtung zum periodischen Ablenken des Laser strahls erzeugt. Eine solche Einrichtung kann eine soge nannte frei programmierbare Scanneroptik sein, die beweg liche Spiegel aufweist, mittels derer der Laserstrahl jeweils seitlich, d. h. senkrecht zu seiner Hauptbewe gungsrichtung und parallel zur Richtung der Achse A des Wickelschlauches 7 hin und her abgelenkt wird.

Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird sichergestellt, daß auch nach dem Trennen der beiden Schlauchstücke 6, 7 an der Trennlinie keine Bandenden aufspringen und Spitzen entstehen, insbesondere wenn die vorstehend beschriebenen geometrischen Verhältnisse eingehalten werden.

Das Erstellen der Trennaht 8 kann zum einen mit dem gleichen Laser erfolgen, indem dieser nach Herstellen der Schweißnaht in einem zweiten Arbeitsschritt wieder um den Wickelschlauch geführt (bzw. dieser relativ zum Laser gedreht wird). Das Trennen erfolgt mit höherer Leistung und ggf. stärkerer Fokussierung durch einen Hochdruck-In ertgasschnitt mit Stickstoff als Arbeitsgas.

Alternativ kann unmittelbar hinter dem Laser zur Erstel lung der Schweißnaht 2 ein Schneidlaser angebracht wer den, so daß praktisch im gleichen Arbeitsgang unmittelbar nach Erstellen der Schweißnaht ein Trennen des Wickel schlauches 2 in die Stücke 3, 4 erfolgt.

Es kann vorzugsweise mit Schweiß- und Schneidgeschwindig keiten (reine Umfangsgeschwindigkeit) in der Größenord nung von 6-7 m/min gearbeitet werden, wobei sich bei Wickelschläuchen üblicher Durchmesser Taktzeiten für das Schweißen bzw. Schneiden im Bereich von etwas über 1 sek. ergeben.

Bei erfindungsgemäß erzeugten Schlauchstücken ergaben sich gerade durch die im Trennbereich gegebene Ver schweißung praktisch gratfreie Schnitte, die keinerlei Nacharbeitung mehr erforderten.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

= Wickelschlauch

2

= Schweißnaht

3, 4

= nach dem Trennen entstehende Enden

6, 7

= Schlauchstücke

8

= Trennaht

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Anschlußenden an Me tallschlauchstücken, die von einem Endlosschlauch abgetrennt werden, wobei vor dem Trennen überlappen de Metallagen durch Laserschweißen fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl unter Überlagerung einer zyklischen, einen endlichen Winkel zur Umfangsrichtung des Schlauchstücks ein schließenden Bewegung kontinuierlich über den gesam ten Umfang des Schlauchstücks zur Herstellung der Schweißnaht geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine sinusförmige Schweißnaht erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zick-zack- oder dreiecksförmige Schweißnaht erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen mittels Laserstrahlschneiden erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen der Schlauchstücke vom Endlosschlauch unmittelbar nach dem Verschweißen im gleichen Arbeitsgang erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen der Schlauchstücke erst nach vollständiger Erzeugung der Schweißnaht über den gesamten Umfang des Endlosschlauches er folgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen mit dem gleichem Laser, der die Schweißnaht erzeugt hat, durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Bewegung des Laserstrahls in Achsrichtung des Schlauchstücks mit einer gegenüber der Umdrehungsfrequenz des Endlosschlauches zum Herstellen der umlaufenden Laserschweißnaht wesentlich höheren Frequenz erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Bewegung mit einer Frequenz in der Größenordnung von 150-250 Hz erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ablenkung des auf den Metallschlauch auftreffenden Laserstrahls in Achsrichtung zwischen 1 und 2 mm liegt.

11. Vorrichtung zum Herstellen von Anschlußenden an Metallschlauchstücken, die von einem Endlosschlauch abgetrennt werden, wobei vor dem Trennen überlappen de Metallagen durch Laser-Schweißen fixiert werden, ge kennzeichnet durch eine periodisch arbeitende Ab lenkeinrichtung zur Ablenkung des Laserstrahls unter einem endlichen Winkel zur Umfangsrichtung des Metallschlauches.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Ablenkeinrichtung einen schwenkbaren Umlenkspiegel aufweist.