DE202016003223U1

DE202016003223U1 - Laserschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE202016003223U1
Application number: DE202016003223.3U
Authority: DE
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2026-05-20

Abstract

Laserschweißvorrichtung (10) zum Verschweißen eines ersten Blechteils (301) mit einem zweiten Blechteil (301) über eine Schweißnaht (32), umfassend einen Laserschweißkopf (12) zum Fokussieren eines Laserstrahls (14) auf das eine der beiden Blechteile (301, 302), eine Niederhaltevorrichtung (20) mit zumindest zwei Niederhalteelementen (221, 222), um das eine der beiden Blechteile (301, 302) gegen das andere Blechteil (302, 301) mit einer Haltekraft zu beaufschlagen, wobei die Niederhaltevorrichtung (20) und der Laserschweißkopf (12) auf der gleichen Seite bezüglich der beiden Blechteile (301, 302) angeordnet sind und die zumindest zwei Niederhalteelemente (221, 222) bezogen auf eine Bearbeitungsrichtung (RB) der Laserschweißvorrichtung (10) auf entgegengesetzten Seiten des Laserstrahls (14) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserschweißvorrichtung zum Verschweißen eines ersten Blechteils mit einem zweiten Blechteil über eine Schweißnaht, mit einem Laserschweißkopf zum Fokussieren eines Laserstrahl auf das eine der beiden Blechteile und einer Niederhaltevorrichtung mit zumindest zwei Niederhalteelementen, um das eine der beiden Blechteile gegen das andere Blechteil mit einer Haltekraft zu beaufschlagen.
Im Bereich der Fertigung beispielsweise von Batteriemodulen, die sich aus mehreren Batteriezellen zusammensetzen, ist es erforderlich eine Vielzahl von Schweißverbindungen herzustellen, wobei die Schweißnähte dieser Schweißverbindungen oftmals in gleicher Form ausgeführt werden. Bei der Fertigung von Batteriemodulen werden bei mehreren Batteriezellen die Zellenterminals mit einem Verbindungsblech verschweißt. Eine Laserschweißvorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet hier einen an der Vorrichtung fest montierten und mit dieser beweglichen Niederhalter. Dieser befindet sich in Schweißrichtung beziehungsweise Bearbeitungsrichtung vor dem Schweißpunkt und gewährleistet so einen Nullspalt zwischen den beiden Blechteilen während des Schweißvorgangs. Eine Einschränkung hierbei besteht darin, dass die Schweißvorrichtung nur in einer Bewegungsrichtung schweißen kann.
Es ist dabei nicht möglich, wie beispielsweise bei der in der US 69 66 957 B2 beschriebenen Schweißvorrichtung, einen zweiten, feststehenden Niederhalter an der Schweißvorrichtung zu befestigen, da dieser in direkten Kontakt zur gerade erzeugten Schweißnaht käme. Diese würde hierdurch beeinträchtigt und zusätzlich würde der Niederhalter einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt. In der EP 12 547 371 A1 und der JP HO 577071 A werden Lösungen beschrieben, bei denen Niederhaltesysteme den Schweißpunkt umgeben, jedoch ist bei diesen eine Bewegung der Schweißvorrichtung nicht möglich. Um bei bestehenden Schweißvorrichtungen zusätzliche Schweißrichtungen zu ermöglichen, müssen die Schweißvorrichtungen mit einer Drehachse versehen werden, was zusätzlichen konstruktiven Aufwand bedeutet. Zudem ist ein Drehen der Schweißvorrichtung mit einer ausreichend genauen Ausrichtung zeitaufwendig.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Laserschweißvorrichtung bereitzustellen, die durch einen flexibleren Schweißvorgang kürzere Taktzeiten bei der Fertigung ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Laserschweißvorrichtung zum Verschweißen eines ersten Blechteils mit einem zweiten Blechteil über eine Schweißnaht, umfassend einen Laserschweißkopf zum Fokussieren eines Laserstrahls auf das eine der beiden Blechteile, eine Niederhaltevorrichtung mit zumindest zwei Niederhalteelementen, um das eine der beiden Blechteile gegen das andere Blechteil mit einer Haltekraft zu beaufschlagen, wobei die Niederhaltevorrichtung und der Laserschweißkopf auf der gleichen Seite bezüglich der beiden Blechteile angeordnet sind und die zumindest zwei Niederhaltelemente bezogen auf eine Bearbeitungsrichtung der Laserschweißvorrichtung auf entgegengesetzten Seiten des Laserstrahls angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung erlaubt es, jeweils in Bearbeitungsrichtung vor dem Laserkopf, beziehungsweise vor dem Fokuspunkt des Laserstrahls auf dem Blechteil, über ein Niederhalteelement die Blechteile mit einer Haltekraft zu beaufschlagen. Somit ist es vorteilhaft möglich zumindest zwei Bewegungsrichtungen vorzusehen, so dass der Schweißvorgang in diesen zumindest zwei Bewegungsrichtungen erfolgen kann und zwar ohne dass die Laserschweißvorrichtung oder die Niederhaltevorrichtung um ihre eigene Achse, beispielsweise eine Hochachse, gedreht werden muss. Dies verringert die Bearbeitungszeit von Werkstücken, an denen mehrere Schweißnähte anzubringen sind, erheblich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente als Andruckrollen ausgebildet sind. Hierdurch ist leichte Beweglichkeit in Bewegungsrichtung gewährleistet. Weiterhin werden hierdurch übermäßige Oberflächenbelastungen infolge der Haltekraft auf dem beaufschlagten Blechteil vermieden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente zwischen einer angehobenen Stellung und einer abgesenkten Stellung verfahrbar sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Niederhaltelement, welche sich während eines Fertigungsschrittes in Bearbeitungsrichtung hinter dem Laserkopf befinden, in die angehobene Stellung verfahren werden kann, um dieses Niederhaltelement keiner thermischen Belastung durch die zuvor gesetzte Schweißnaht auszusetzen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente pneumatisch zwischen der angehobenen Stellung und der abgesenkten Stellung verfahrbar sind. Ein pneumatischer Antrieb ist in der Regel einfach darstellbar, da Druckluft üblicherweise verfügbar ist.
In einer ersten möglichen Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung sind die zumindest zwei Niederhalteelemente unabhängig voneinander verfahrbar. Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität während des Schweißvorgangs. In einer alternativen möglichen Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung sind die zumindest zwei Niederhalteelemente zueinander zwangsgekoppelt und gegenläufig zueinander verfahrbar. Hierdurch ergibt sich eine Vereinfachung des externen Antriebs, der beispielsweise pneumatisch sein kann, da lediglich eins der Niederhalteelemente extern angetrieben werden muss und das andere Niederhalteelement eine Zwangsbewegung erfährt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente über ein Wippenelement zueinander zwangsgekoppelt sind.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung sind zwei weitere Niederhalteelemente vorgesehen, wobei die Niederhalteelemente jeweils paarweise mit einem seitlichen Versatz bezogen auf die Bearbeitungsrichtung zum Auftreffpunkt des Laserstrahls angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
1

a) eine Laserschweißvorrichtung nach dem Stand der Technik;
b) eine Bearbeitungsrichtung an Batteriezellenterminals der Laserschweißvorrichtung gemäß 1a);

2

a) eine erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung in Seitenansicht;
b) Bearbeitungsrichtungen an Batteriezellenterminals der Laserschweißvorrichtung gemäß 2a);

3 eine weitere erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung;
4

a) eine weitere erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung in Seitenansicht und
b) eine Draufsicht der Laserschweißvorrichtung gemäß 4a);

Die 1a) zeigt eine Laserschweißvorrichtung 10 nach dem Stand der Technik. Die Laserschweißvorrichtung 10 umfasst einen Laserschweißkopf 12, der dazu eingerichtet ist einen Laserstrahl 14 auf ein erstes Blechteil 30 ₁ und eine zweites Blechteil 30 ₂ zu fokussieren, um diese Blechteile 30 ₁, 30 ₂ miteinander über eine Schweißnaht 32 zu fügen. Insgesamt kann der Schweißvorgang dazu dienen, im Bereich der Batteriemodulfertigung mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul zu verbinden. In diesem Kontext kann es sich bei dem ersten Blechteil 30 ₁ um ein Verbindungsblech und bei dem zweiten Blechteil 30 ₂ um ein Batteriezellenterminal handeln, die es miteinander zu verbinden gilt. Weiterhin weist die Laserschweißvorrichtung 10 eine Niederhaltevorrichtung 20 mit einem Niederhalteelement 22 auf, über die das eine der Blechteile 30 ₁, 30 ₂, vorliegend das Verbindungsblech 30 ₁, gegen das andere Blechteil 30 ₂, 30 ₁, vorliegend das Batteriezellenterminal 30 ₂, mit einer Haltekraft beaufschlagt wird, so das sich zwischen beiden Blechteilen 30 ₁, 30 ₂ vorzugsweise ein Nullspalt ergibt. Schließlich ist mit einem Pfeil und der Bezeichnung RB die Bearbeitungsrichtung der Laserschweißvorrichtung 10 symbolisiert.
In der 1b) sind vier nebeneinander angeordnete Batteriezellenterminals mit Verbindungsblechen 30 und die jeweilige Bearbeitungsrichtung R_B dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Bearbeitungsrichtung R_B bei allen vier angeordneten Batteriezellenterminals gleichermaßen von links nach rechts verläuft. Dies ist die Folge davon, dass die Niederhaltevorrichtung 20 der Laserschweißvorrichtung 10 immer voreilend bezogen auf den Laserstrahl 14 eine Haltkraft auf das eine der Blechteile aufbringen muss, um vor dem Schweißvorgang den Nullspalt zwischen den Blechteilen sicherstellen. Wenn demnach die Laserschweißvorrichtung 10 bei einem Batteriezellenterminal an Ende des zu verschweißenden Bereichs angekommen ist, ist es erforderlich die Laserschweißvorrichtung anzuheben und zu ihrem Ausgangspunkt zurückzufahren. Während dieser Leerbewegung kann kein Schweißvorgang erfolgen.
Die 2a) zeigt eine erste mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 10. Hier zeichnet sich die Niederhaltevorrichtung 20 dadurch aus, dass zwei Niederhalteelemente 22 ₁ und 22 ₂ vorgesehen sind und diese bezogen auf eine Bearbeitungsrichtung R_B der Laserschweißvorrichtung 10 auf entgegengesetzten Seiten des Laserstrahls 14 angeordnet sind. Durch die vertikalen Doppelpfeile im Bereich der Niederhalteelemente 22 ₁, 22 ₂ ist symbolisiert, dass diese unabhängig voneinander verfahrbar sind. Bevorzugt ist hierfür eine pneumatische Betätigung vorgesehen, die nicht explizit dargestellt ist. Weiterhin ist die Bewegungsrichtung R_B nun mit einem horizontalen Doppelpfeil symbolisiert, da mit der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 10 die Bearbeitungsrichtung des Schweißvorgangs sowohl horizontal nach rechts als auch horizontal nach links erfolgen kann, wobei in jeden Fall das bezogen auf den Laserstrahl 14 voreilende Niederhalteelement 22 ₁, 22 ₂ in eine abgesenkte Stellung verfahren ist und das jeweils andere Niederhalteelement 22 ₂, 22 ₁ in eine angehobene Stellung verfahren ist. Die 2b) verdeutlicht nun an vier nebeneinander angeordnete Batteriezellenterminals, dass es mit der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 10 sowohl während der Vorwärtsbewegung – in der Figur nach rechts – als auch während der Rückwärtsbewegung – in der Figur nach links – möglich ist, einen Schweißvorgang auszuführen. Dies bedeutet eine Zeitersparnis, so dass eine Reduzierung der Taktzeit erfolgen kann.
Die 3 zeigt eine alternative mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 10. Hierbei sind die zwei Niederhalteelemente 22 ₁, 22 ₂ zueinander zwangsgekoppelt und gegenläufig zueinander verfahrbar. Hierfür ist ein Wippenelement 24 vorgesehen, das mit beiden Niederhalteelementen 22 ₁, 22 ₂ verbunden ist und mittig um eine Schwenkachse S angetrieben werden kann. Auch hierfür kann ein pneumatischer Antrieb vorgesehen sein.
Die 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 10. Hierbei sind zwei weitere Niederhaltelemente 22 ₃, 22 ₄ vorgesehen, wobei die Niederhalteelemente 22 ₁ bis 22 ₄ jeweils paarweise mit einem seitlichen Versatz bezogen auf die Bearbeitungsrichtung R_B zum Auftreffpunkt des Laserstrahls 14 angeordnet sind. Hierbei kann darauf verzichtet werden die Niederhalteelemente 22 ₁ bis 22 ₄ zwischen einer angehobenen Stellung und einer abgesenkten Stellung zu verfahren, da sie sich nicht in der Flucht der Schweißnaht 32 befinden und somit keiner thermischen Belastung durch diese ausgesetzt sein können.
Bezugszeichenliste

10: Laserschweißvorrichtung
12: Laserschweißkopf
14: Laserstrahl
20: Niederhaltevorrichtung
22: Niederhalteelement
24: Wippenelement
30: Blechteil
32: Schweißnaht
R_B: Bearbeitungsrichtung
S: Schwenkachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6966957 B2 [0003]
EP 12547371 A1 [0003]
JP 577071 A [0003]

Claims

Laserschweißvorrichtung (10) zum Verschweißen eines ersten Blechteils (30 ₁) mit einem zweiten Blechteil (30 ₁) über eine Schweißnaht (32), umfassend einen Laserschweißkopf (12) zum Fokussieren eines Laserstrahls (14) auf das eine der beiden Blechteile (30 ₁, 30 ₂), eine Niederhaltevorrichtung (20) mit zumindest zwei Niederhalteelementen (22 ₁, 22 ₂), um das eine der beiden Blechteile (30 ₁, 30 ₂) gegen das andere Blechteil (30 ₂, 30 ₁) mit einer Haltekraft zu beaufschlagen, wobei die Niederhaltevorrichtung (20) und der Laserschweißkopf (12) auf der gleichen Seite bezüglich der beiden Blechteile (30 ₁, 30 ₂) angeordnet sind und die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) bezogen auf eine Bearbeitungsrichtung (R_B) der Laserschweißvorrichtung (10) auf entgegengesetzten Seiten des Laserstrahls (14) angeordnet sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) als Andruckrollen ausgebildet sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) zwischen einer angehobenen Stellung und einer abgesenkten Stellung verfahrbar sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) pneumatisch zwischen der angehobenen Stellung und der abgesenkten Stellung verfahrbar sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) unabhängig voneinander verfahrbar sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) zueinander zwangsgekoppelt sind und gegenläufig zueinander verfahrbar sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Niederhalteelemente (22 ₁, 22 ₂) über ein Wippenelement (24) zueinander zwangsgekoppelt sind.
Laserschweißvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Niederhalteelemente (22 ₃, 22 ₄) vorgesehen sind, wobei die Niederhalteelemente (22 ₃, 22 ₄) jeweils paarweise mit einem seitlichen Versatz bezogen auf die Bearbeitungsrichtung (R_B) zum Auftreffpunkt des Laserstrahls (14) angeordnet sind.