DE19855073B4

DE19855073B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls

Info

Publication number: DE19855073B4
Application number: DE19855073A
Authority: DE
Inventors: Werner Ulrich; Bernd Bisanz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2018-11-29
Also published as: DE19855073A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile (2, 3) durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls (4), umfassend mindestens zwei Andrückelemente (6, 7), die zur Druckbeaufschlagung zu verbindender Bauteilbereiche (10, 11) in Richtung eines Auflageelements (8) vorgesehen sind, auf dem Unterseiten (14, 15) der zu verbindenden Bauteilbereiche (10, 11) beim Nahtschweißen aufliegen, wobei beidseitig des Auflageelements (8) jeweils ein Andrückelement (6, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückelemente (6, 7) und/oder das Auflageelement (8) verschieblich gelagert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls umfassend mindestens zwei Andrückelemente, die zur Druckbeaufschlagung zu verbindender Bauteilbereiche in Richtung eines Auflageelements vorgesehen sind, auf dem Unterseiten der zu verbindenden Bauteilbereiche beim Nahtschweißen aufliegen, wobei beidseitig des Auflageelements jeweils ein Andrückelement angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls, umfassend mindestens zwei Andrückelemente, die zur Druckbeaufschlagung zu verbindender Bauteilbereiche in Richtung eines Auflageelements vorgesehen sind, auf dem Unterseiten der zu verbindenden Bauteilbereiche beim Nahtschweißen aufliegen, wobei diese Bauteilbereiche mit Hilfe eines jeweils beidseitig des Auflageelements angeordneten Andrückelements unter Verformung an einen Teil der Außenkontur des Auflageelements angepresst werden.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art werden bereits in der DE 42 33 159 A1 beschrieben. Die Vorrichtung bzw. das Verfahren ist dazu vorgesehen, gestoßene Bandenden von Metallbändern durch Stumpfschweißen miteinander zu verbinden. Hierbei werden die einen Stoßspalt bildenden Bauteile durch einen oberhalb des Stoßspaltes angeordneten Laser-Schweißkopf verschweißt. Unterhalb des Stoßspaltes ist eine drehbar gelagerte Abdeckscheibe angeordnet. Bei den Andrückelementen handelt es sich um ortsfeste Klemmrollenpaare, welche ausschließlich für den Vorschub der zu verschweißenden Bauteile verantwortlich sind. Das als drehbar gelagerte Abdeckscheibe ausgebildete Auflageelement soll einen Schweißnahtdurchfall im Bereich der Schweißstelle verhindern. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass die Klemmkräfte für ein prozesssicheres Einspannen der Bauteile während des Schweißvorgangs nicht ausreichen.
Eine weiteres Verfahren bzw. Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile durch Laserschweißen ist aus der EP 0 855 235 A1 bekannt. Die vollständig und vollflächig aufeinander liegenden Bauteile gleicher Breite werden unter Spannung gemeinsam über ein als Umlenkwalze ausgebildetes Auflageelement geführt, wobei die Spannung in den Bauteilen durch zwei sich gegenläufig bewegende Rollen erzeugt wird. Durch die Spannung und die mittels des Auflageelementes erzeugte Umlenkung werden die Bauteile im Bereich des Auflageelementes fest aufeinander gedrückt. Gegebenenfalls können als Druckrollen ausgebildete Andrückelemente von oben wirken.
Außerdem ist aus der DE 27 26 454 A1 ein Verfahren zum Kennzeichnen eines einzigen schnell bewegten Bauteils bekannt, welches durch mehrere Umlenkrollen geführt wird.
Eine weitere Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile sind beispielsweise durch die US-Patentschrift 4,237,363 bekannt geworden.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind dazu vorgesehen, Bauteilbereiche miteinander zu verbinden, die entweder einander teilweise überlappen oder über Stoßkanten aneinander stoßen. Die Bauteile bestehen aus einem schweißbaren Material, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff.
Der US-Patentschrift ist zu entnehmen, dass zwei Andrückelemente nebeneinander über den sich überlappenden Bauteilbereichen angeordnet sind. Die beiden Andrückelemente pressen die sich überlappenden Bauteilbereiche auf das Auflageelement.
Das Auflageelement ist direkt unterhalb der beiden Andrückelemente beziehungsweise unterhalb der Bauteile positioniert. Zwischen die beabstandeten Andrückelemente ist der Laserstrahl fokussiert.
Probleme bereitet es, mit Hilfe der bekannten Vorrichtung beziehungsweise bei Durchführung des bekannten Verfahrens Bauteile miteinander zu verschweißen, die dünnwandig aufgebaut sind oder über einen direkten Kantenstoß aneinandergefügt werden sollen, weil die Anordnung des mindestens einen Andrückelements in Verbindung mit dem Auflageelement keine ausreichende Verspannung der Bauteile zuläßt. Aus diesem Grund sind diese Bauteile nicht ausreichend lagefixiert, so daß unter Umständen keine exakte Schweißnaht in der beabsichtigten Art und Weise entstehen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Einspannen zweier Bauteile zu verbessern, die durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls miteinander verbunden werden sollen. Insbesondere soll auch ein Einspannen von überlappend angeordneten Bauteilen ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, bei welcher die Andrückelemente und/oder das Auflageelement verschieblich gelagert sind. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem sich die Bauteilbereiche formschlüssig an einen Teil der Außenkontur des Auflageelements anschmiegen.
Die Andrückelemente und das Auflageelement können in einer Weise zusammenwirken, dass die zu verbindenden Bauteilbereiche sich formschlüssig an einen Teil der Außenkontur des Auflageelements anschmiegen. Dies führt dazu, dass sich beispielsweise überlappende dünnwandige Bauteilbereiche exakt übereinander fügen. Beim Schweißvorgang kann folglich eine saubere und exakte Schweißverbindung entstehen. Die verbesserte Spanntechnik im Bereich des Auflageelements gewährleistet auch, dass zwei über ihre Seitenflächen kantenweise aneinander anliegende Bauteilbereiche in diesem Kantenbereich aneinandergefügt bleiben, wenn der Schweißvorgang einsetzt.
Unterschiedliche Verspannmöglichkeiten der Bauteile zwischen dem Auflageelement und den Andrückelementen ergeben sich, wenn die Andrückelemente und/oder das Auflageelement verschieblich gelagert sind. Einerseits kann der Anpreßdruck dieser Elemente an die zu verbindenden Bauteile kontrolliert werden. Andererseits wird es leicht möglich, Bauteile unterschiedlicher Größe mit einem gewünschten reproduzierbaren Anpressdruck zu verspannen.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Andrückelemente in Längsrichtung der Schweißnaht hintereinander positioniert sind. Dies ermöglicht eine Verformung der Bauteilbereiche am Auflageelement, so dass diese Bauteilbereiche dicht aneinander anliegen. Die Bauteile können in Längsrichtung der Schweißnaht an den Andrückelementen und dem Auflageelement vorbeigeführt werden, während der Schweißvorgang permanent durchgeführt wird.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Andrückelemente und/oder das Auflageelement durch Andrückrollen und/oder eine Auflagerolle ausgebildet sind. Beim Schweißvorgang können die Bauteile linienhaft an den Außenumfangsflächen der Rollen anliegen und definiert verspannt werden.
Vorteilhafterweise können die Andrückrollen und/oder die Auflagerolle zum Transport der Bauteile geeignet sein. Hierdurch kann es zu einer kompakten Bauweise der Vorrichtung kommen, weil das Verspannen und der Transport der Bauteile miteinander kombiniert durch ein einziges Rollensystem ausgebildet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der schematischen Zeichnung, deren Figur mit Hilfe einer dreidimensionalen Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt.
Aus der Figur ist der schematische Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile 2 und 3 durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls 4 gezeigt. Nähere Einzelheiten des Aufbaus einer Lasereinrichtung 5 beziehungsweise von Transporteinrichtungen für die Bauteile 2 und 3 sind in der Figur nicht enthalten. Ebenso sind auch Einrichtungen nicht dargestellt, um eine Verschiebung der Andrückelemente 6 und 7 beziehungsweise des Auflageelements 8 durchzuführen und unterschiedliche Anpreßdrücke oder Verspannungen der Bauteile 2 und 3 zu realisieren.
Die Andrückelemente 6 und 7 sind durch Andrückrollen ausgebildet, die auch einen Transport der Bauteile 2 und 3 in Pfeilrichtung 9 ermöglichen. Die Bauteile 2 und 3 sind dünnwandig aufgebaut und aus einem schweißbaren Material gefertigt. Randbereiche 10 und 11 der Bauteile 2 und 3 überlappen einander, so dass sie mittels des Laserstrahls 4 verschweißt werden können. Zur Unterstützung des Schweißvorgangs sind die Andrückelemente 6 und 7 in Pfeilrichtung 9 hintereinander angeordnet, während das Auflageelement 8 zwischen den beiden Andrückelementen 6 und 7 beabstandet vorgesehen ist. Die Andrückelemente 6 und 7 und das Auflageelement 8 können in einer Weise zusammenwirken, dass die Bauteile 2 und 3 im Bereich des Auflageelements 8 verformt, gebogen und aneinander gepresst werden. Die beiden Andrückelemente 6 und 7 wirken auf Oberseiten 12 und 13 der Bauteile 2 und 3 ein, während Unterseiten der Bauteile 2 und 3 auf dem Auflageelement 8 anliegen. Über den Transport der Bauteile 2 und 3 in Pfeilrichtung 9 und permanenter Betätigung der Lasereinrichtung 5 kann es zur fortwährenden Ausbildung einer exakten Schweißnaht kommen.

1: Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißverbindung
2: Bauteil
3: Bauteil
4: Laserstrahl
5: Lasereinrichtung
6: Andrückelement
7: Andrückelement
8: Auflageelement
9: Pfeilrichtung
10: Bauteilbereich
11: Bauteilbereich
12: Oberseite
13: Oberseite
14: Unterseite
15: Unterseite

Claims

Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile (2, 3) durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls (4), umfassend mindestens zwei Andrückelemente (6, 7), die zur Druckbeaufschlagung zu verbindender Bauteilbereiche (10, 11) in Richtung eines Auflageelements (8) vorgesehen sind, auf dem Unterseiten (14, 15) der zu verbindenden Bauteilbereiche (10, 11) beim Nahtschweißen aufliegen, wobei beidseitig des Auflageelements (8) jeweils ein Andrückelement (6, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückelemente (6, 7) und/oder das Auflageelement (8) verschieblich gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückelemente (6, 7) in Längsrichtung der Schweißnaht hintereinander positioniert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückelemente (6, 7) und/oder das Auflageelement (8) durch Andrückrollen und/oder eine Auflagerolle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückrollen und/oder die Auflagerolle zum Transport der Bauteile (2, 3) geeignet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Bauteile (2, 3) durch Nahtschweißen mittels eines Laserstrahls (4), umfassend mindestens zwei Andrückelemente (6, 7), die zur Druckbeaufschlagung zu verbindender Bauteilbereiche (10, 11) in Richtung eines Auflageelements (8) vorgesehen sind, auf dem Unterseiten (14, 15) der zu verbindenden Bauteilbereiche (10, 11) beim Nahtschweißen aufliegen wobei diese Bauteilbereiche (10, 11) mit Hilfe eines jeweils beidseitig des Auflageelements (8) angeordneten Andrückelements (6, 7) unter Verformung an einen Teil der Außenkontur des Auflageelements (8) angepresst werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bauteilbereiche (10, 11) formschlüssig an einen Teil der Außenkontur des Auflageelements (8) anschmiegen.