DE202022001804U1

DE202022001804U1 - Welding device for welding two workpieces

Info

Publication number: DE202022001804U1
Application number: DE202022001804.5U
Authority: DE
Original assignee: Fritz Stepper GmbH and Co KG
Current assignee: Fritz Stepper GmbH and Co KG
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2032-08-16

Abstract

Schweißvorrichtung (200) zum Verschweißen eines ersten Werkstücks (W1) und eines zweiten Werkstücks (W2), wobei eine Schweißvorrichtung (200) eine erste Zuführeinrichtung (210), mittels der der Schweißvorrichtung (200) ein erstes Werkstück (W1) zuführbar ist, und eine zweite Zuführeinrichtung, mittels derer der Schweißvorrichtung (200) ein zweites Werkstück (W2) zuführbar ist, aufweist, und wobei die Schweißvorrichtung (200) eine Schweißeinrichtung zum Verschweißen der beiden Werkstücke (W1, W2) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung (200) einen Laser-Schweißkopf (1; 100) aufweist, durch den die zum Verschweißen der beiden Werkstücke (W1, W2) erforderliche Schweißenergie zuführbar ist.

Welding device (200) for welding a first workpiece (W1) and a second workpiece (W2), wherein a welding device (200) has a first feed device (210), by means of which a first workpiece (W1) can be fed to the welding device (200), and a second feed device, by means of which a second workpiece (W2) can be fed to the welding device (200), and wherein the welding device (200) has a welding device for welding the two workpieces (W1, W2), characterized in that the welding device ( 200) has a laser welding head (1; 100) through which the welding energy required to weld the two workpieces (W1, W2) can be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen zweier Werkstücke, welche eine erste Zuführeinrichtung zur Zuführung eines ersten Werkstücks und eine zweite Zuführeinrichtung zur Zuführung eines zweiten Werkstücks sowie eine Positioniereinrichtung, durch welche die beiden Werkstücke in mindestens einer definierten Schweißposition aufeinander ausgerichtet sind, aufweist, und welche eine Schweißeinrichtung besitzt, durch welche ein Verschwei-ßen der beiden relativ zueinander positionierten Werkstücke durchführbar ist. The invention relates to a welding device for welding two workpieces, which has a first feed device for feeding a first workpiece and a second feed device for feeding a second workpiece, as well as a positioning device through which the two workpieces are aligned with one another in at least one defined welding position, and which has a welding device through which the two workpieces positioned relative to one another can be welded.

Eine derartige Schweißvorrichtung ist bekannt und wird insbesondere dazu eingesetzt, um Miniaturkontakte herzustellen, indem auf einen Metallstreifen eine Abfolge von Kontaktelementen aufgeschweißt wird. Die in einer periodischen Abfolge auf den Metallstreifen aufzubringenden Kontaktelemente werden dabei derart hergestellt, dass diese Kontaktelement von einem geeigneten Metalldraht oder Metallstreifen abgetrennt und dann in aufeinanderfolgenden Arbeitshüben der Vorrichtung von der Positioniereinrichtung jeweils an der Schweißstelle positioniert und dort verschweißt werden. Die Verschweißung erfolgt dabei durch ein an und für sich bekanntes Widerstandsschweißen. Das Widerstandsschweißen besitzt aber den Nachteil, dass die Vorrichtung hierbei einem hohen Verschleiß und einer hohen Verschmutzung unterliegt und nur mit einer geringen Hubzahl arbeiten kann.Such a welding device is known and is used in particular to produce miniature contacts by welding a sequence of contact elements onto a metal strip. The contact elements to be applied to the metal strip in a periodic sequence are manufactured in such a way that these contact elements are separated from a suitable metal wire or metal strip and then positioned at the welding point and welded there in successive working strokes of the device by the positioning device. The welding is carried out using resistance welding, which is known per se. However, resistance welding has the disadvantage that the device is subject to high levels of wear and contamination and can only work with a low number of strokes.

Die DE 10 2016 203 511 A1 beschreibt eine Widerstandsschweißvorrichtung, die zwei einander gegenüberliegend angeordnete, an einer Schweißstromquelle über einen jeweiligen Stromversorgungsweg angeschlossene oder anschließbare Schweißelektroden zum Schweißen von Schweißgut, das zwischen den Elektroden anzuordnen ist, aufweist. Zumindest eine erste der beiden Elektroden ist mittels einer Zustelleinrichtung relativ zu der anderen Elektrode aus einer Elektroden-Distanzstellung in eine Schweißstellung bewegbar, um das zwischen den Elektroden befindliche Schweißgut gut zu verschweißen. Diese Zustelleinrichtung für die bewegliche Elektrode besitzt einen Elektromotor, wobei der Elektromotor ein Linearmotor mit einem Stator und einem längs einer Linearbewegungsachse linear bewegbar geführten Läufer ist und der Läufer die erste Elektrode aufweist. Derartige Widerstandsschweißvorrichtungen werden vorzugsweise in automatisierten Systemen für die Massenproduktion von Schweißteilen eingesetzt, wobei gesteuerte Schweißgut-Zuführeinrichtungen für eine kontinuierliche oder eine getaktete Zuführung des Schweißguts in Zuordnung zum Schweißtakt sorgen. Bei dem Schweißgut handelt es sich z.B. um miteinander zu verbindende Blechteile, Drahtabschnitte oder dergleichen, wobei auch das Aufschweißen von Kontaktmaterial auf Kontaktträgerflächen und das Aufschweißen von Kabelenden auf Blechteilen oder dergleichen durch Widerstandsschweißen mittels einer Widerstandsschweißvorrichtung im Massenproduktionsverfahren möglich ist.The DE 10 2016 203 511 A1 describes a resistance welding device which has two welding electrodes arranged opposite one another and connected or connectable to a welding power source via a respective power supply path for welding weld metal that is to be arranged between the electrodes. At least a first of the two electrodes can be moved relative to the other electrode from an electrode distance position into a welding position by means of an advancing device in order to weld the weld metal located between the electrodes well. This delivery device for the movable electrode has an electric motor, the electric motor being a linear motor with a stator and a rotor guided in a linearly movable manner along a linear movement axis, and the rotor having the first electrode. Such resistance welding devices are preferably used in automated systems for the mass production of welded parts, with controlled weld metal feed devices ensuring a continuous or clocked feed of the weld metal in association with the welding cycle. The weld metal is, for example, sheet metal parts, wire sections or the like to be connected to one another, whereby the welding of contact material onto contact carrier surfaces and the welding of cable ends onto sheet metal parts or the like by resistance welding using a resistance welding device in a mass production process is also possible.

Beim Aufschweißen von Kontaktmaterial auf Trägerflächen kommt es in der Massenfertigung von Präzisionsteilen auf eine präzise Einhaltung der vorgegebenen Prozeßparameter, wie Schweißstrom, Elektrodenkraft, Schweißdauer, usw. an. Für die Herstellung präziser Schweißverbindungen ist insbesondere auch ein gut definierter Zustellvorgang bei der Zustellung der Schweißelektroden zum Schweißgut wichtig. Dabei soll die bewegliche erste Elektrode möglichst stoß- oder prellfrei auf das Schweißgut aufsetzen und beim Aufweichen des Schweißguts an der Schweißstelle definiert nachsetzen. Besonders beim Aufschweißen von Kontaktmaterial auf ein Trägermaterial ist eine hohe Nachsetzgeschwindigkeit erforderlich, um das schmelzende Kontaktmaterial sicher zu fügen und punktförmige Schweißverbindungen von hoher Qualität zu erzielen. Maßgebend für die Qualität der entstehenden Schweißverbindungen sind neben der präzisen Steuerung des Schweißstroms auch die dynamisch-mechanischen Maschineneigenschaften, wozu wesentlich auch das Nachsetzverhalten der Elektrodenzustelleinrichtung beiträgt. Das dynamisch-mechanische Verhalten der Zustelleinrichtung der bekannten Widerstandsschweißvorrichtung ist insbesondere auch durch mit zu bewegende Schweißstromkabel beeinflußt, die von der Schweißstromquelle von außen her direkt zu den Elektroden geführt sind. Das an der Elektrode zugeordnete angeschlossene Schweißstromkabel muß bei deren Zustellung stets mit bewegt werden. Da Schweißstromkabel bei der freien Außenverlegung relativ lang sind und relativ große Leitungsquerschnitte aufweisen müssen, um hohe Stromstärken leiten zu können, haben sie eine relativ große zu bewegende Masse. Dies kann sich in einer zureichenden Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse wiederspiegeln, was insbesondere bei der Massenproduktion von elektrischen Kontakten, insbesondere von Miniaturkontakten, nachteilig ist.When welding contact material onto support surfaces, the mass production of precision parts requires precise adherence to the specified process parameters, such as welding current, electrode force, welding time, etc. For the production of precise welded joints, a well-defined feed process when feeding the welding electrodes to the weld metal is particularly important. The movable first electrode should be placed on the weld metal with as little shock or bounce as possible and should move in a defined manner at the welding point when the weld metal softens. Particularly when welding contact material onto a carrier material, a high follow-up speed is required in order to securely join the melting contact material and to achieve high-quality spot welded connections. In addition to the precise control of the welding current, the dynamic mechanical properties of the machine are also crucial for the quality of the resulting welded joints, to which the tracking behavior of the electrode feed device also contributes significantly. The dynamic-mechanical behavior of the delivery device of the known resistance welding device is also influenced in particular by welding power cables that are to be moved and which are led from the outside of the welding power source directly to the electrodes. The connected welding power cable assigned to the electrode must always be moved when it is delivered. Since welding power cables are relatively long when laid outdoors and have to have relatively large cable cross-sections in order to be able to conduct high current intensities, they have a relatively large mass to move. This can be reflected in sufficient reproducibility of the welding results, which is particularly disadvantageous in the mass production of electrical contacts, in particular miniature contacts.

Die EP 0 593 894 B1 beschreibt ein Werkzeug für eine Stanzpresse mit einer Laser-Schweißanlage. Die Stanzpresse weist einen Rahmen auf, in welchem eine Exzenterwelle in Lagern drehbar gelagert ist. Auf dieser angetriebenen Exzenterwelle sind zwei Pleuelstangen gelagert, die mit ihrem unteren Ende mit einem Stößel, der ein Oberwerkzeug trägt, gelenkig verbunden sind. Der Rahmen der Stanzpresse trägt ein Unterwerkzeug. Bei der bekannten Stanzpresse ist im Oberwerkzeug ein Stempel eingesetzt, der mit einer im Unterwerkzeug vorhandenen Matrize zusammenwirkt, um aus einem Blechband Blechteile auszustanzen, welche im Unterwerkzeug zu jeweiligen Blechpaketen vereinigt werden. Mit dem Rahmen ist eine Laserstrahlquelle verbunden, die über optische Leiter mit einer Fokussiereinrichtung in Verbindung steht, die auf dem Unterwerkzeug angeordnet ist. Im Betrieb rotiert die Exzenterwelle und bewirkt über die Pleuelstangen eine Stanzbewegung des Stößels mit dem Oberwerkzeug zur Herstellung der einzelnen Blechteile. Mit der Matrize wird bei jedem Arbeitshub des Stößels ein weiteres Blechteil auf ein sich dort befindliches Blechteil abgelegt. Sobald sich der Stempel beim Aufwärtshub eine kleine Strecke von der Matrize entfernt hat, wird durch die Laser-Schweißanlage ein Laserstrahl von äußerst kurzer Dauer gegen eine Berührungsstelle zwischen dem abgelegten Blech und dem sich darüber befindlichen Blechteil abgegeben, um die beiden Blechteile miteinander zu verschweißen. Da sich eine Schnittkante der Matrize und/oder des Stempels im Betrieb abnützt, muss die entsprechende Arbeitsfläche periodisch abgeschliffen werden, um die Schnittkante der Matrize nachzuschärfen. Daraus ergibt sich, dass die jeweilige Schweißstelle in der Matrize einer relativen Ortsveränderung unterworfen wird, so dass grundsätzlich eine neue Einstellung mindestens der Fokussiereinrichtung der Laser-Schweißanlage notwendig wird. Die Fokussiereinrichtung weist eine vorgegebene Brennweite und einen vorgegebenen Fokussierpunkt auf, der die Schweißstelle zweier Blechteile bestimmt. Sie ist dazu auf einem Tragblock eingesetzt und weist einen Punkt auf, über welchen sie an einer Seite des Tragblocks anliegt. Diese als Führungsfläche für die Fokussiereinrichtung wirkende Seite des Tragblocks verläuft genau senkrecht zur optischen Achse der Fokussiereinrichtung und der Tragblock ist derart genau bearbeitet und an einer Stelle angeordnet, die einen derart genauen Abstand von der Schweißstelle hat und mit derart genauen Verbindungsmitteln mit dem Körper des Unterwerkzeugs verbunden ist, dass durch die Optik der Fokussiereinrichtung eine bestimmte Schweißstelle genau eingehalten ist. Der Tragblock ist ein klammerförmiges Bauteil, welches zwei Wangen aufweist, welche ein Durchgangsloch zur tragenden Aufnahme der Fokussiereinrichtung umgeben. Oben sind die beiden Wangen durch einen Schlitz voneinander getrennt und durch einen Schraubbolzen miteinander verbunden. Durch das Anziehen des Schraubbolzens wird die Fokussiereinrichtung im Tragblock festgeklemmt. Die Arbeitsfläche des Körpers des Unterwerkzeugs wirkt als Positionierfläche für den Tragblock, und diese Positionierfläche fluchtet mit der Schnittkante der Matrize, die im Körper des Unterwerkzeugs eingesetzt ist. Die untere Seite des Tragblocks, über welche dieser auf der Arbeitsfläche des Körpers des Unterwerkzeugs ruht, wirkt als Führungsfläche, welche mindestens eine Höhenstellung der im Tragblock eingesetzten Fokussiereinrichtung festlegt. Der Ort und die Stellung der Fokussiereinrichtung im Tragblock bestimmt unter anderem die Schweißstelle bei der Matrize. Der horizontale Abstand des Tragblocks von der Schweißstelle und somit insbesondere der Seite des Tragblocks ist durch zwei Positionierstifte festgelegt, die in Bohrungen im Tragblock und im Körper des Unterwerkzeugs eingesetzt sind. Der Tragblock selbst ist mittels einem Schraubbolzen mit dem Körper des Unterwerkzeugs verbunden. Die Positionierstifte sind mit ihren Längsmittelachsen und der Schraubbolzen mit seiner Längsmittelachse miteinander in Linie ausgerichtet, d. h. sie bestimmen eine Ebene, in welcher die optische Achse der Fokussiereinrichtung enthalten ist. Nach den Angaben der vorgenannten Druckschrift kann dadurch der Tragblock äußerst schmal gebaut werden, so dass es möglich ist, auf einem eng begrenzten Raum mehrere, auf dieselbe Matrize wirkende Fokussiereinrichtungen der Laser-Schweißanlage zu montieren, so dass jeweils zwei Blechteile im Blechpaket an mehreren Stellen gleichzeitig miteinander verschweißt werden können. Wenn das Nachschärfen der Schnittkante der Matrize durchgeführt werden muss, wird das Unterwerkzeug ausgebaut und, bei schon entfernter Fokussiereinrichtung, der Tragblock durch Lösen des Schraubbolzens vom Körper des Unterwerkzeugs entfernt. Danach kann nun die Arbeitsfläche in bekannter Art und Weise abgeschliffen werden, um die verschiedenen Schnittkanten nachzuschärfen. Entscheidend dabei ist, dass beim Abschleifen nicht nur der Bereich des Körpers des Unterwerkzeugs, sondern gleichzeitig und in demselben Maß auch der Bereich der Positionierfläche des Körpers des Unterwerkzeugs, die die Höhenstellung des Tragblocks und folglich der Fokussiereinrichtung bestimmt, abgeschliffen wird. Damit kann nach der genannten Bearbeitung der Tragblock ohne Weiteres wieder mit dem Körper des Unterwerkzeugs verbunden werden und die Fokussiereinrichtung kann wieder montiert werden. Eine zeitraubende und aufwendige Neuausrichtung insbesondere des Tragblocks auf die Schweißstelle, die sich relativ nicht zur Positionierfläche verschoben hat, soll somit wegfallen.The EP 0 593 894 B1 describes a tool for a punching press with a laser welding system. The punching press has a frame in which an eccentric shaft is rotatably mounted in bearings. Two connecting rods are mounted on this driven eccentric shaft, the lower end of which is articulated to a plunger that carries an upper tool. The frame of the punching press carries a lower tool. In the known punching press, a punch is inserted in the upper tool, which interacts with a die in the lower tool to produce a sheet metal Band punch out sheet metal parts, which are combined in the lower tool to form respective sheet metal packages. A laser beam source is connected to the frame and is connected via optical conductors to a focusing device which is arranged on the lower tool. During operation, the eccentric shaft rotates and, via the connecting rods, causes a punching movement of the ram with the upper tool to produce the individual sheet metal parts. With the die, another sheet metal part is placed onto a sheet metal part located there with each working stroke of the ram. As soon as the punch has moved a small distance away from the die during the upward stroke, the laser welding system emits a laser beam of extremely short duration against a point of contact between the sheet metal deposited and the sheet metal part above it in order to weld the two sheet metal parts together. Since a cutting edge of the die and/or punch wears out during operation, the corresponding work surface must be periodically ground in order to re-sharpen the cutting edge of the die. This means that the respective welding point in the die is subjected to a relative change in location, so that a new setting of at least the focusing device of the laser welding system is fundamentally necessary. The focusing device has a predetermined focal length and a predetermined focusing point, which determines the welding point of two sheet metal parts. For this purpose, it is inserted on a support block and has a point through which it rests on one side of the support block. This side of the support block, which acts as a guide surface for the focusing device, runs exactly perpendicular to the optical axis of the focusing device and the support block is machined with such precision and is arranged at a point that has such a precise distance from the welding point and with such precise connecting means with the body of the lower tool is connected to the fact that a specific welding point is precisely maintained by the optics of the focusing device. The support block is a clamp-shaped component which has two cheeks which surround a through hole for supporting the focusing device. At the top, the two cheeks are separated from each other by a slot and connected to each other by a screw bolt. By tightening the screw bolt, the focusing device is clamped in the support block. The working surface of the lower tool body acts as a positioning surface for the support block, and this positioning surface is aligned with the cutting edge of the die inserted in the lower tool body. The lower side of the support block, over which it rests on the working surface of the body of the lower tool, acts as a guide surface which determines at least one height position of the focusing device inserted in the support block. The location and position of the focusing device in the support block determines, among other things, the welding point on the die. The horizontal distance of the support block from the welding point and thus in particular the side of the support block is determined by two positioning pins which are inserted into holes in the support block and in the body of the lower tool. The support block itself is connected to the body of the lower tool by means of a screw bolt. The positioning pins are aligned with each other with their longitudinal center axes and the screw bolt with its longitudinal center axis in line with one another, ie they determine a plane in which the optical axis of the focusing device is contained. According to the information in the aforementioned document, the support block can be made extremely narrow, so that it is possible to mount several focusing devices of the laser welding system that act on the same die in a very limited space, so that two sheet metal parts in the laminated core are in several places can be welded together at the same time. If the cutting edge of the die needs to be resharpened, the lower tool is removed and, with the focusing device already removed, the support block is removed from the body of the lower tool by loosening the screw bolt. The work surface can then be sanded in a known manner in order to sharpen the various cut edges. What is crucial here is that during grinding not only the area of the body of the lower tool, but also the area of the positioning surface of the body of the lower tool, which determines the height position of the support block and consequently of the focusing device, is ground at the same time and to the same extent. This means that after the processing mentioned, the support block can easily be reconnected to the body of the lower tool and the focusing device can be reassembled. A time-consuming and complex realignment, in particular of the support block, on the welding point, which has not shifted relative to the positioning surface, should therefore be eliminated.

Die aus der vorgenannten Druckschrift bekannte Stanzpresse mit einer Laser-Schweißanlage erlaubt es zwar, innerhalb einer einzigen Vorrichtung ein Blechteil zu stanzen und mit einem weiteren Blechteil zu verschweißen. Nachteilig ist aber, dass eine Anpassung der Laser-Schweißanlage auf geänderte Einsatzbedingungen, die eine Neuausrichtung des Laserstrahls erforderlich machen, äußerst schwierig ist.The punching press known from the aforementioned publication with a laser welding system allows a sheet metal part to be punched and welded to another sheet metal part within a single device. The disadvantage, however, is that it is extremely difficult to adapt the laser welding system to changing operating conditions that require the laser beam to be realigned.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine effizientere Verschweißung zweier Werkstücke, insbesondere eines Werkstückstreifens mit einem Kontaktelement, erzielbar ist.It is therefore the object of the invention to develop a welding device of the type mentioned in such a way that two workpieces, in particular a work, can be welded more efficiently piece strip with a contact element can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schweißvorrichtung einen Laser-Schweißkopf aufweist, durch den die zum Verschweißen der Werkstücke erforderliche Schweißenergie zuführbar ist.This object is achieved according to the invention in that the welding device has a laser welding head through which the welding energy required for welding the workpieces can be supplied.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Schweißvorrichtung geschaffen, welche es in vorteilhafter Art und Weise erlaubt, das bis jetzt zum Verschweißen eines derartigen Schweißguts eingesetzte Widerstandsschweißen durch ein Laser-Schweißen zu ersetzen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also in vorteilhafter Art und Weise eine Schweißvorrichtung geschaffen, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Verschweißung zweier Werkstücke, insbesondere eines band- oder streifenförmigen Werkstücks mit einem dünnen zweiten Werkstück, wie z. B. einem metallischen Draht, mittels eines Laserschweißvorgangs durchgeführt werden kann. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass das Laserverschweißen der beiden Werkstücke mit einer hohen Taktrate durchgeführt werden kann. Außerdem erfolgt der Verschweißvorgang - insbesondere im Vergleich zu einem Widerstandsschweißen - relativ verschmutzungsfrei und mit wenig Verschleiß. Desweiteren besitzen die erfindungsgemä-ßen Maßnahmen den Vorteil, dass keine Beschädigung der Kontaktoberfläche auftritt, da die zum Verschweißen zweier Werkstücke, insbesondere zweier elektrischer Kontakte, benötige Schweißenergie einseitig eingetragen wird.The measures according to the invention create a welding device which advantageously allows the resistance welding previously used to weld such a weld metal to be replaced by laser welding. The measures according to the invention therefore advantageously create a welding device which is characterized in that the welding of two workpieces, in particular a band- or strip-shaped workpiece, with a thin second workpiece, such as. B. a metallic wire, can be carried out using a laser welding process. Such a measure has the advantage that the laser welding of the two workpieces can be carried out at a high cycle rate. In addition, the welding process - especially in comparison to resistance welding - takes place relatively free of contamination and with little wear. Furthermore, the measures according to the invention have the advantage that no damage to the contact surface occurs, since the welding energy required to weld two workpieces, in particular two electrical contacts, is input on one side.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der in der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung verwendete Laser-Schweißkopf ein Gehäuse besitzt, in welchem mindestens eine Lichtleitfaser mündet, durch welche dem Laser-Schweißkopf ein von einer externen Strahlungsquelle erzeugter Laserstrahl zuführbar ist, dass im Gehäuse eine Strahlaufbereitungseinheit mit einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich angeordnet ist, wobei ein aus dem Faserende der mindestens einen Lichtleitfaser austretender mindestens eine Laserstrahl zum Eintrittsbereich der Strahlaufbereitungseinheit geleitet ist und aus dem Austrittsbereich der Strahlaufbereitungseinheit mindestens ein Laserstrahl austritt, der durch eine Austrittsöffnung aus dem Gehäuse des Laser-Schweißkopfs geführt wird, und dass der Abstand zwischen dem Faserende der mindestens einen Lichtleitfaser und dem Eintrittsbereich der Strahlaufbereitungseinheit veränderbar ist. Es ist also vorgesehen, dass die oder mindestens eine der Lichtleitfasern, über die dem Laser-Schweißkopf das von einer externen Strahlungsquelle erzeugte Laserlicht zuführbar ist, und/oder die Strahlaufbereitungseinheit im Gehäuse beweglich, insbesondere verschiebbar, aufgenommen sind. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, dass durch eine einfach durchzuführende Änderung des Relativabstandes zwischen dem Faserende der Lichtleitfaser und dem Eintrittsbereich der Strahlaufbereitungseinheit die Fokuslage und/oder der Fokusdurchmesser mindestens eines aus dem erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopf austretenden Laserstrahls verändert werden kann. Bevorzugt wird, dass insbesondere die oder mindestens eine der in das Gehäuse des erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopfs mündenden Lichtleitfasern verschiebbar in diesem angeordnet ist, während die Strahlaufbereitungseinheit unverschiebbar im Gehäuse angeordnet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil eines besonders einfachen geometrischkonstruktiven Aufbaus, so dass ein derartig ausgebildeter Laser-Schweißkopf in vorteilhafter Art und Weise kompakt baut.An advantageous development of the invention provides that the laser welding head used in the welding device according to the invention has a housing in which at least one optical fiber opens, through which a laser beam generated by an external radiation source can be fed to the laser welding head, that a beam processing unit in the housing is arranged with an entry area and an exit area, wherein at least one laser beam emerging from the fiber end of the at least one optical fiber is directed to the entry area of the beam processing unit and at least one laser beam emerges from the exit area of the beam processing unit and exits through an exit opening from the housing of the laser welding head is guided, and that the distance between the fiber end of the at least one optical fiber and the entry area of the beam processing unit can be changed. It is therefore provided that the or at least one of the optical fibers, via which the laser light generated by an external radiation source can be supplied to the laser welding head, and/or the beam processing unit are accommodated in the housing in a movable, in particular displaceable, manner. This measure has the advantage that the focus position and/or the focus diameter of at least one laser beam emerging from the laser welding head according to the invention can be changed by simply changing the relative distance between the fiber end of the optical fiber and the entry area of the beam processing unit. It is preferred that in particular the or at least one of the optical fibers opening into the housing of the laser welding head according to the invention is displaceably arranged in the latter, while the beam processing unit is arranged immovably in the housing. Such a measure has the advantage of a particularly simple geometric construction, so that a laser welding head designed in this way is advantageously compact.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erfindungsgemäße Laser-Schweißkopf eine Einrichtung zur Detektion einer während der Laserbeaufschlagung einer Schweißstelle emittierten Strahlung besitzt. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise - vorzugsweise fortlaufend - die Qualität der Schweißstelle, welche von dem mindestens einen aus dem erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopf austretenden Laserstrahl hergestellt wird, überprüft und/oder der mindestens eine Laserstrahl geregelt werden kann.A further advantageous development of the invention provides that the laser welding head according to the invention has a device for detecting radiation emitted during the laser application to a welding point. Such a measure has the advantage that the quality of the weld, which is produced by the at least one laser beam emerging from the laser welding head according to the invention, can be checked in a simple manner - preferably continuously - and/or the at least one laser beam can be regulated .

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Gehäuse des erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopfs zwei oder mehr Lichtleitfasern zugeführt sind, und dass der Relativabstand zwischen der Strahlaufbereitungseinheit und mindestens zwei der in das Gehäuse mündenden Lichtleitfasern, insbesondere durch ein Verschieben dieser Lichtleitfasern, veränderbar ist. Bevorzugt wird, dass jede der mindestens zwei Lichtleitfasern unabhängig von der anderen Lichtleitfaser verschiebbar ist. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise die Fokuslage und/oder der Fokusdurchmesser mindestens zweier aus dem erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopf austretenden Laserstrahlen in einfacher Art und Weise verändert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von zwei oder mehreren Lichtleitfasern zur Zuführung des Laserlichts besitzt den Vorteil, dass hierdurch die Auslösung der aus den einzelnen Faserenden austretenden Laserimpulse zeitlich gesteuert werden kann.A further advantageous development of the invention provides that two or more optical fibers are supplied to the housing of the laser welding head according to the invention, and that the relative distance between the beam processing unit and at least two of the optical fibers opening into the housing can be changed, in particular by moving these optical fibers . It is preferred that each of the at least two optical fibers is displaceable independently of the other optical fiber. This measure has the advantage that the focus position and/or the focus diameter of at least two laser beams emerging from the laser welding head according to the invention can be changed in a simple manner. Another advantage of using two or more optical fibers to supply the laser light has the advantage that the triggering of the laser pulses emerging from the individual fiber ends can be time-controlled.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Laser-Schweißkopf mindestens eine Spanneinheit mit einer Spannhülse und einem Spannring aufweist, durch welche die mindestens Lichtleitfasern im Laser-Schweißkopf in mindestens zwei Positionen lagefixierbar ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass die Relativposition zwischen Strahlaufbereitungseinheit und dem Faserende leicht veränderbar ist.A further advantageous development of the invention provides that the laser welding head has at least one clamping unit with a clamping sleeve and a clamping ring, through which the at least optical fibers in the laser welding head at least two positions can be fixed in position. Such a measure has the advantage that the relative position between the beam processing unit and the fiber end can be easily changed.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlaufbereitungseinheit als ein Galvanometerscanner ausgebildet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch in besonders einfacher Art und Weise eine flexible Adaption mindestens eines Laserstrahls an die für einen vom erfindungsgemäßen Laser-Schweißkopf durchgeführten Bearbeitungsvorgänge ermöglich ist.A further advantageous development of the invention provides that the beam processing unit is designed as a galvanometer scanner. Such a measure has the advantage that it enables flexible adaptation of at least one laser beam to the processing operations carried out by the laser welding head according to the invention in a particularly simple manner.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Laser-Schweißkopf ein Innenrohr aufweist, welches im Gehäuse drehbar angeordnet ist und die Strahlaufbereitungseinheit aufnimmt. Durch ein Drehen des Innenrohrs und somit der in ihr aufgenommenen Strahlaufbereitungseinheit kann eine Schwenkbewegung des oder der aus dem Gehäuse austretenden Laserstrahlen erzielt werden.A further advantageous development of the invention provides that the laser welding head has an inner tube which is rotatably arranged in the housing and accommodates the beam processing unit. By rotating the inner tube and thus the beam processing unit accommodated in it, a pivoting movement of the laser beam or beams emerging from the housing can be achieved.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Laser-Schweißkopf eine Kühleinrichtung aufweist, durch welche aus seinem Gehäuse Wärme abführbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Kühleinrichtung ist vorgesehen, dass in einer das Innenrohr aufnehmenden Halterung ein Kühlkanal vorgesehen ist, welcher das Innenrohr zumindest über einen Teil seines Umfangsbereichs umschließt.A further advantageous development of the invention provides that the laser welding head has a cooling device through which heat can be dissipated from its housing. According to a preferred embodiment of this cooling device, it is provided that a cooling channel is provided in a holder accommodating the inner tube, which encloses the inner tube at least over part of its circumferential area.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, welches im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:

1 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schweißvorrichtung,
2 eine vergrößerte Darstellung des Schweißbereichs der Schweißvorrichtung der 1,
3 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Laser-Schweißkopfs,
4 eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der 3,
5 einen Schnitt entlang der Linie A-A der 3,
6 einen Schnitt entlang der Linie B-B der 3,
7 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Laser-Schweißkopfs,
8 eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform der 7, und
9 einen Schnitt entlang der Linie C-C der 8.

Further details and advantages of the invention can be found in the exemplary embodiment, which is described below with reference to the figures. Show it:

1 schematic representation of an exemplary embodiment of a welding device,
2 an enlarged view of the welding area of the welding device 1 ,
3 a perspective view of a first embodiment of a laser welding head,
4 a top view of the first embodiment of the 3 ,
5 a cut along line AA of the 3 ,
6 a cut along the line BB of the 3 ,
7 a perspective view of a second embodiment of a laser welding head,
8th a top view of the second embodiment of the 7 , and
9 a cut along the line CC of the 8th .

In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer allgemein mit 200 bezeichneten Schweißvorrichtung zum Verschweißen zweier Werkstücke W1 und W2 unter Verwendung eines Laser-Schweißkopfs 1 dargestellt. Die 3 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform eines Laser-Schweißkopfs 1 und die 7 bis 9 eine zweite Ausführungsform eines Laser-Schweißkopfs 100.In the 1 and 2 An exemplary embodiment of a welding device, generally designated 200, for welding two workpieces W1 and W2 using a laser welding head 1 is shown. The 3 until 6 show a first embodiment of a laser welding head 1 and the 7 until 9 a second embodiment of a laser welding head 100.

In 1 ist nun schematisch der Aufbau der Schweißvorrichtung 200 dargestellt. Diese weist eine erste Zuführeinrichtung 210 auf, mittels derer ein erstes Werkstück W1, hier ein Metalldraht, insbesondere ein Silberdraht, der Vorrichtung 200 vorzugsweise intermittierend zuführbar ist. Diese besitzt des Weiteren eine zweite Zuführeinrichtung (in den Figuren nicht gezeigt), mittels derer ein zweites Werkstück W2, insbesondere ein Metallstreifen, zuführbar ist. Die beiden Werkstücke W1 und W2 sind am besten aus der 2 zu ersehen. Des Weiteren besitzt die Schweißvorrichtung 200 noch einen Laser-Schweißkopf 1 bzw. 100, welcher jeweils noch nachstehend im Detail beschrieben wird. Die Schweißvorrichtung 200 weist des Weiteren eine Trenneinrichtung 230 auf, mittels derer sukzessive Werkstück-Stücke, insbesondere Miniatur-Kontaktelemente K, vom ersten Werkstück W1 abgetrennt werden können. Diese werden dann - wie am besten aus 2 ersichtlich ist - von einer Positioniereinrichtung 240 an einer Schweißposition S (siehe dazu 2) auf dem zweiten Werkstück W2 positioniert. Ein aus dem Laser-Schweißkopf 1 bzw. 100 ausgehender Laserstrahl L beaufschlagt die beiden Werkstücke W1, W2 an der Schweißstelle S. Im hier beschriebenen Fall der Herstellung von Kontaktelementen, insbesondere von Miniatur-Kontaktelementen K mittels eines Laserverschweißens wird bevorzugt, dass die Laserbeaufschlagung von der dem durch die Positioniereinrichtung 240 an der Schweißposition S positionierten Kontaktelement K gegenüberliegenden Seite des zweiten Werkstücks W2 erfolgt. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch eine auf dem Kontaktelement K vorhandene Oberflächenbeschichtung nicht zerstört oder wenigstens nicht erheblich geschädigt wird. Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Werkstück W2 an dieser Position eine Öffnung O aufweist, durch welche der Laserstrahl L direkt durch das Werkstück W2 hindurch das erste Werkstück W1 und insbesondere das Kontaktelement K beaufschlagen kann. Dem Fachmann ist aber aus nachfolgender Beschreibung ersichtlich, dass die beiden vorgenannten Maßnahmen - Beaufschlagung von der dem Kontaktelement K gegenüberliegenden Seite und Vorsehen einer Öffnung O - nicht zwingend sind.In 1 The structure of the welding device 200 is now shown schematically. This has a first feed device 210, by means of which a first workpiece W1, here a metal wire, in particular a silver wire, can be fed to the device 200, preferably intermittently. This also has a second feed device (not shown in the figures), by means of which a second workpiece W2, in particular a metal strip, can be fed. The two workpieces W1 and W2 are best made from the 2 to see. Furthermore, the welding device 200 also has a laser welding head 1 or 100, which will be described in detail below. The welding device 200 further has a separating device 230, by means of which successive workpiece pieces, in particular miniature contact elements K, can be separated from the first workpiece W1. These will then look like the best 2 can be seen - from a positioning device 240 at a welding position S (see 2 ) positioned on the second workpiece W2. A laser beam L emanating from the laser welding head 1 or 100 acts on the two workpieces W1, W2 at the welding point S. In the case described here of producing contact elements, in particular miniature contact elements K, by means of laser welding, it is preferred that the laser application of on the side of the second workpiece W2 opposite the contact element K positioned by the positioning device 240 at the welding position S. Such a measure has the advantage that a surface coating present on the contact element K is not destroyed or at least not significantly damaged. It can be provided that the second workpiece W2 has an opening O at this position, through which the laser beam L acts directly through the workpiece W2 on the first workpiece W1 and in particular on the contact element K can. However, it will be apparent to a person skilled in the art from the following description that the two aforementioned measures - exposure from the side opposite the contact element K and provision of an opening O - are not mandatory.

Die 1 zeigt des Weiteren noch eine Halterung 250 für den Laser-Schweißkopf 1 bzw. 100, welche aber für das weitere Verständnis der Schweißvorrichtung 200 nicht von Bedeutung ist und daher nicht näher beschrieben wird.The 1 also shows a holder 250 for the laser welding head 1 or 100, which, however, is not important for further understanding of the welding device 200 and is therefore not described in more detail.

Die bei der Schweißvorrichtung 200 verwendeten Laser-Schweißköpfe 1 bzw. 100 sind grundsätzlich bekannt und werden daher im Folgenden nur soweit beschrieben, als dies für das Verständnis ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise erforderlich ist.The laser welding heads 1 and 100 used in the welding device 200 are basically known and are therefore only described below to the extent necessary for an understanding of their structure and functionality.

Der Laser-Schweißkopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welches mindestens eine Lichtleitfaser 3 mündet, über die dem Laser-Schweißkopf 1 ein von einer nicht-gezeigten Strahlungsquelle erzeugter Laserstrahl zuführbar ist. In den Figuren ist nur eine einzige Lichtleitfaser 3 dargestellt. Dem Fachmann ist aber aus nachfolgender Beschreibung ersichtlich, dass es auch möglich ist, dem Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 mehr als zwei Lichtleitfasern zuzuführen, aus deren Faserenden jeweils mindestens ein Laserstrahl L austritt. Der einfacheren Darstellung und Erläuterung halber wird aber bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren davon ausgegangen, dass dem Laser-Schweißkopf 1 nur eine einzige Lichtleitfaser 3 zugeführt ist. Der aus der Lichtleitfaser 3 austretende Laserstrahl L gelangt zu einer Strahlaufbereitungseinheit 5, in welcher er in zwei Laserstrahlen L1, L2 gespalten und entsprechend aufbereitet wird. Die beiden Laserstrahlen L1, L2 gelangen dann zu einem Umlenkspiegel 6 und treten durch eine Öffnung 7 aus dem Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 aus. In der Öffnung 7 ist ein Schutzglas 8 vorgesehen.The laser welding head 1 has a housing 2, into which at least one optical fiber 3 opens, via which a laser beam generated by a radiation source (not shown) can be fed to the laser welding head 1. Only a single optical fiber 3 is shown in the figures. However, it will be apparent to those skilled in the art from the following description that it is also possible to supply the housing 2 of the laser welding head 1 with more than two optical fibers, from each of whose fiber ends at least one laser beam L emerges. For the sake of easier representation and explanation, the following description of the figures assumes that only a single optical fiber 3 is supplied to the laser welding head 1. The laser beam L emerging from the optical fiber 3 reaches a beam processing unit 5, in which it is split into two laser beams L1, L2 and processed accordingly. The two laser beams L1, L2 then reach a deflection mirror 6 and emerge from the housing 2 of the laser welding head 1 through an opening 7. A protective glass 8 is provided in the opening 7.

Die Strahlaufbereitungseinheit 5 dient dazu, den ihr über die mindestens eine Lichtleitfaser 3 zugeführten Laserstrahl aufzubereiten, insbesondere in eine Anzahl von n Teilstrahlen aufzuspalten, z. B. in n = 2 Teilstrahlen bei einem bifokalen Laser-Schweißkopf 1. Dem Fachmann ist aus nachfolgender Beschreibung ersichtlich, dass der vorgenannte Fall eines bifokalen Laser-Schweißkopfs nur exemplarischen Charakter besitzt. Es ist natürlich auch möglich, den Laser-Schweißkopf 1 als einen monofokalen Laser-Schweißkopf (n = 1) oder als einen bifokalen bzw. multifokalen Laser-Schweißkopf 1, aus dessen Öffnung 7 zwei bzw. mehr als zwei Laserstrahlen austreten, auszubilden. Um dies zu erreichen, weist die Strahlaufbereitungseinheit 5 eine entsprechende Anzahl von optischen Elementen, insbesondere Linsen, Strahlteiler, etc. auf. Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlaufbereitungseinheit 5 auswechselbar im Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 angeordnet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass ein rasches Umrüsten des Laser-Schweißkopfs 1, z. B. von einem monofokalen auf einen bifokalen oder multifokalen Laser-Schweißkopf (oder umgekehrt) möglich ist. Es ist natürlich auch möglich, anstelle eines Austausches der im Gehäuse 2 aufgenommenen Strahlaufbereitungseinheit 5 diese entsprechend zu modifizieren, z. B. durch den Austausch eines Linsenpakets gegen ein anderes Linsenpaket und/oder durch Hinzufügen oder Wegnehmen eines oder mehrerer Linsenelemente.The beam processing unit 5 serves to process the laser beam supplied to it via the at least one optical fiber 3, in particular to split it into a number of n partial beams, e.g. B. in n = 2 partial beams in a bifocal laser welding head 1. The person skilled in the art will see from the following description that the aforementioned case of a bifocal laser welding head is only of an exemplary nature. It is of course also possible to design the laser welding head 1 as a monofocal laser welding head (n = 1) or as a bifocal or multifocal laser welding head 1, from whose opening 7 two or more than two laser beams emerge. In order to achieve this, the beam processing unit 5 has a corresponding number of optical elements, in particular lenses, beam splitters, etc. It can be provided that the beam processing unit 5 is arranged interchangeably in the housing 2 of the laser welding head 1. Such a measure has the advantage that the laser welding head 1 can be quickly converted, e.g. B. from a monofocal to a bifocal or multifocal laser welding head (or vice versa) is possible. It is of course also possible, instead of replacing the beam processing unit 5 accommodated in the housing 2, to modify it accordingly, e.g. B. by replacing a lens pack with another lens pack and / or by adding or removing one or more lens elements.

Es wird bevorzugt, dass die Strahlaufbereitungseinheit 5 als eine galvanometrische Strahlaufbereitungseinheit, insbesondere als Galvanometerscanner, ausgeführt ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise die Fokuslage und/oder der Fokusdurchmesser eines oder mehrerer Laserstrahlen verändert werden kann.It is preferred that the beam processing unit 5 is designed as a galvanometric beam processing unit, in particular as a galvanometer scanner. Such a measure has the advantage that the focus position and/or the focus diameter of one or more laser beams can be changed in a simple manner.

Um nun einen derartigen Laser-Schweißkopf 1 in einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Werkzeugs, welches ein gleichzeitiges Stanzen und Schweißen von Werkstückteilen erlaubt, verwenden zu können, ist es erforderlich, dass die Fokuslage des oder der aus dem Laser-Schweißkopf 1 austretenden Laserstrahlen auf eine oder mehrere zur schweißenden Bearbeitung des Werkstücks erforderlichen Schweißstellen auszurichten. Dies muss insbesondere hinsichtlich ihres Fokuslage und ihres Fokusdurchmessers, also des Durchmessers des an der Schweißstelle auf das Werkstück auftretenden Laserstrahls L1 bzw. L2, geschehen.In order to be able to use such a laser welding head 1 in a tool of a machine tool, in particular a tool that allows simultaneous punching and welding of workpiece parts, it is necessary that the focus position of the laser beam or beams emerging from the laser welding head 1 to align with one or more welding points required for welding the workpiece. This must happen in particular with regard to their focus position and their focus diameter, i.e. the diameter of the laser beam L1 or L2 appearing on the workpiece at the welding point.

Um dies einfach durchführen zu können, ist beim beschriebenen Laser-Schweißkopf 1 vorgesehen, dass die Lichtleitfaser 3 beweglich im Laser-Schweißkopf 1 aufgenommen ist, insbesondere in einer axialen Richtung relativ zur Strahlaufbereitungseinheit 5 verschiebbar ist. Die Änderung des Abstands zwischen einem Faserende 3a der Lichtleitfaser 3 und einem vorderen Eintrittsbereich 5a der Strahlaufbereitungseinheit 5 bewirkt eine Änderung der Fokuslage des oder der aus einem Austrittsbereich 5b der Strahlaufbereitungseinheit 5 austretenden Laserstrahlen.In order to be able to do this easily, it is provided in the laser welding head 1 described that the optical fiber 3 is movably accommodated in the laser welding head 1, in particular can be displaced in an axial direction relative to the beam processing unit 5. The change in the distance between a fiber end 3a of the optical fiber 3 and a front entry region 5a of the beam processing unit 5 causes a change in the focus position of the laser beam(s) emerging from an exit region 5b of the beam processing unit 5.

Um dies beim beschriebenen Ausführungsform des Laser-Schweißkopfs 1 in einfacher Art und Weise zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass - wie am besten aus 5 ersichtlich ist - die Lichtleitfaser 3 in einer Spanneinheit 4 verschiebbar aufgenommen ist. Die Spanneinheit 4 weist eine Spannhülse 4a auf, welche mit einem Spannring 4b zusammenwirkt. Durch ein Zudrehen des Spannrings 4b wird die Lichtleitfaser 3 in der Spannhülse 4a geklemmt und derart im Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 in einer bestimmten Lage fixiert. Durch ein Aufdrehen des Spannrings 4b wird diese Klemmung aufgehoben, so dass die Lichtleitfaser 3 zur Änderung des Abstands zwischen Faserende 3a und Eintrittsbereich 5b der Strahlaufbereitungseinheit 5 bewegt werden kann. Nachdem die Lichtleitfaser 3 in ihrer gewünschten neuen Lage positioniert wurde, wird der Spannring 4b wieder zugedreht, so dass die Lichtleitfaser 3 in dieser Position lagefixiert im Gehäuse 2 aufgenommen ist.In order to make this possible in a simple manner in the described embodiment of the laser welding head 1, it is provided that - as is best done 5 can be seen - the optical fiber 3 is slidably accommodated in a clamping unit 4. The clamping unit 4 has a clamping sleeve 4a, which cooperates with a clamping ring 4b. By turning the clamping ring 4b closed, the Optical fiber 3 is clamped in the clamping sleeve 4a and thus fixed in a certain position in the housing 2 of the laser welding head 1. By unscrewing the clamping ring 4b, this clamping is released, so that the optical fiber 3 can be moved to change the distance between the fiber end 3a and the entry area 5b of the beam processing unit 5. After the optical fiber 3 has been positioned in its desired new position, the clamping ring 4b is closed again so that the optical fiber 3 is received in the housing 2 in a fixed position in this position.

Dem Fachmann ist aber ersichtlich, dass die Änderung des Relativabstands zwischen Faserende 3a und Eintrittsbereich 5b auf eine andere Art und Weise als die vorstehend beschriebene Konstruktion erreicht werden kann. Zum Beispiel ist es möglich, den vorderen Endbereich 3' der Lichtleitfaser 3 auf einem im Gehäuse 2 verschiebbaren Schlitten anzuordnen. Auch eine Kombination der beiden vorgenannten Maßnahmen - Spanneinheit 4 und verschiebbarer Schlitten - ist möglich.However, it will be apparent to those skilled in the art that the change in the relative distance between fiber end 3a and entry region 5b can be achieved in a different way than the construction described above. For example, it is possible to arrange the front end region 3 'of the optical fiber 3 on a slide that can be moved in the housing 2. A combination of the two aforementioned measures - clamping unit 4 and movable carriage - is also possible.

Ebenso ist es denkbar, dass die Strahlaufbereitungseinheit 5 verschiebbar im Gehäuse 2 angeordnet ist, so dass durch ein Verschieben der Strahlaufbereitungseinheit 5 - bei feststehender Lichtleitfaser 3 - eine Änderung der Fokuslage und/oder des Fokusdurchmessers des oder der aus dem Gehäuse 2 austretenden Laserstrahlen erzielbar ist. Aber auch eine Kombination beider Maßnahmen - verschiebbare Strahlaufbereitungseinheit 5 und verschiebbare Lichtleitfaser 3 - ist möglich.It is also conceivable that the beam processing unit 5 is displaceably arranged in the housing 2, so that by moving the beam processing unit 5 - with the optical fiber 3 stationary - a change in the focus position and / or the focus diameter of the laser beam or beams emerging from the housing 2 can be achieved . But a combination of both measures - movable beam processing unit 5 and movable optical fiber 3 - is also possible.

Dem Fachmann ist aus vorstehender Beschreibung ersichtlich, dass die dort aufgeführten Maßnahmen nur exemplarischen Charakter besitzen. Wesentlich ist, dass der Abstand zwischen dem Faserende 3a der Lichtleitfaser 3 und dem Eintrittsbereich 5a der Strahlaufbereitungseinheit 5 zur Anpassung der Fokuslage und/oder des Fokusdurchmessers des der Strahlaufbereitungseinheit 5 zugeführten Laserstrahls L veränderbar ist. Ob hierzu nur die Lichtleitfaser 3 oder nur die Strahlaufbereitungseinheit 5 im Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 bewegt werden, oder ob eine Bewegung dieser beiden vorgenannten Komponenten stattfindet, besitzt nur sekundären Charakter. Es wird aber bevorzugt, dass die Strahlaufbereitungseinheit 5 nicht bewegt wird und die Änderung des Relativabstands zwischen deren Eintrittsbereich 5a und dem Faserende 3a der Lichtleitfaser 3 durch eine Bewegung der Lichtleitfaser 3, insbesondere durch eine Verschiebung in axialer Richtung, erreicht wird.The person skilled in the art will see from the above description that the measures listed there are only of an exemplary nature. It is important that the distance between the fiber end 3a of the optical fiber 3 and the entry area 5a of the beam processing unit 5 can be changed in order to adapt the focus position and/or the focus diameter of the laser beam L supplied to the beam processing unit 5. Whether only the optical fiber 3 or only the beam processing unit 5 is moved in the housing 2 of the laser welding head 1, or whether a movement of these two aforementioned components takes place, has only a secondary character. However, it is preferred that the beam processing unit 5 is not moved and the change in the relative distance between its entry region 5a and the fiber end 3a of the optical fiber 3 is achieved by a movement of the optical fiber 3, in particular by a displacement in the axial direction.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist der beschriebene Laser-Schweißkopf 1 nicht auf die Konstellation, dass dem Gehäuse 2 nur eine einzige Lichtleitfaser 3 zugeführt wird, beschränkt. Vielmehr ist es möglich, zwei oder mehr Lichtleitfasern 3 zu verwenden, um den Laser-Schweißkopf 1 das von einer externen Strahlungsquelle erzeugte Laserlicht zuzuführen. Es wird dann bevorzugt, dass nicht nur der Relativabstand zwischen dem Eintrittsbereich 5a der Strahlaufbereitungseinheit 5 und dem Faserende 3a der Lichtleitfaser 3 verändert werden kann, sondern dass eine derartige Maßnahme für mindestens eine weitere und vorzugsweise alle weiteren Lichtleitfasern durchführbar ist. Es wird dann wieder bevorzugt, dass mindestens eine der weiteren Lichtleitfasern beweglich, insbesondere in axialer Richtung verschiebbar, im Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 1 angeordnet sind, wie dies z. B. bei der Lichtleitfaser 3 beschrieben wurde.As already stated above, the laser welding head 1 described is not limited to the constellation in which only a single optical fiber 3 is supplied to the housing 2. Rather, it is possible to use two or more optical fibers 3 to supply the laser light generated by an external radiation source to the laser welding head 1. It is then preferred that not only the relative distance between the entry region 5a of the beam processing unit 5 and the fiber end 3a of the optical fiber 3 can be changed, but that such a measure can be carried out for at least one further and preferably all further optical fibers. It is then again preferred that at least one of the further optical fibers is arranged to be movable, in particular displaceable in the axial direction, in the housing 2 of the laser welding head 1, as is the case, for example. B. was described for the optical fiber 3.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der oder die aus dem Laser-Schweißkopf 1 austretenden Laserstrahlen L1, L2 nicht nur hinsichtlich ihrer Fokuslage ausgerichtet sind, sondern dass auch die Winkelposition der Laserstrahlen veränderlich ist. Nachstehende Beschreibung geht von einem bifokalen Laser-Schweißkopf 1 aus. Dem Fachmann ist aber ersichtlich, dass dies die Allgemeinheit der nachfolgenden Ausführungen nicht einschränkt.It is preferably provided that the laser beam(s) L1, L2 emerging from the laser welding head 1 are not only aligned with regard to their focus position, but that the angular position of the laser beams is also variable. The following description is based on a bifocal laser welding head 1. However, it will be apparent to a person skilled in the art that this does not limit the generality of the following statements.

In der in der linken unteren Ecke befindlichen Funktionsskizze der 5 sind schematisch zwei Laserstrahlen L1, L2 durch Kreise P1 und P2 dargestellt. Annahmegemäß repräsentieren die Kreise P1 und P2 die aus dem Laser-Schweißkopf 1 in seiner aktuellen Konfiguration austretenden Laserstrahlen L1, L2.In the functional sketch located in the lower left corner 5 Two laser beams L1, L2 are schematically represented by circles P1 and P2. Assumedly, the circles P1 and P2 represent the laser beams L1, L2 emerging from the laser welding head 1 in its current configuration.

Um nun die Ausrichtung der Laserstrahlen L1 und L2 von den durch die Kreise P1 und P2 repräsentierten Positionen in hierdurch die Kreise P1', P2' repräsentierte Positionen durchführen zu können, ist beim beschriebenen Laser-Schweißkopf 1 - wie am besten aus 5 ersichtlich - vorgesehen, dass im Gehäuse 2 ein Innenrohr 9 drehbar gelagert ist. Die Strahlaufbereitungseinheit 5 ist im Innenrohr 9 angeordnet, so dass durch eine Rotation des Innenrohrs 9 auch die Strahlaufbereitungseinheit 5 rotiert wird, wodurch die vorstehend beschriebene Änderung der Winkelausrichtung der Laserstrahlen L1, L2 erzielt werden kann.In order to be able to align the laser beams L1 and L2 from the positions represented by the circles P1 and P2 into the positions represented by the circles P1 ', P2', the laser welding head 1 described is best 5 can be seen - provided that an inner tube 9 is rotatably mounted in the housing 2. The beam processing unit 5 is arranged in the inner tube 9, so that the beam processing unit 5 is also rotated by rotating the inner tube 9, whereby the above-described change in the angular orientation of the laser beams L1, L2 can be achieved.

Eine weitere vorzugsweise vorgesehene Ausgestaltung sieht nun vor, dass - wie am besten aus der 6 ersichtlich ist - der Laser-Schweißkopf 1 eine Kühleinrichtung 10 aufweist, welche es erlaubt, aus dem Inneren des Gehäuses 2 Wärme abzuführen, insbesondere die Strahlaufbereitungseinheit 5 zu kühlen. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass das in einer Halterung 11 aufgenommene Innenrohr 9 von einem Kühlmedium K zumindest bereichsweise umströmt wird. Das Kühlmedium K wird der Halterung 11 durch eine Eintrittsöffnung 11 a zugeführt und verlässt diese durch eine Austrittsöffnung 11 b. Das Kühlmedium K tritt durch die Eintrittsöffnung 11 a ein, durchströmt dann einen von der Eintrittsöffnung 11 a zur Austrittsöffnung 11 b verlaufenden Kühlkanal 11 c der Halterung 11. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kühlkanal 11c umlaufend ausgebildet ist. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Druckluft verwendet, es ist aber auch möglich, ein flüssiges oder ein anderes gasförmiges Kühlmittel zu verwenden.A further preferred embodiment now provides that - as best shown in the 6 can be seen - the laser welding head 1 has a cooling device 10, which allows heat to be dissipated from the interior of the housing 2, in particular to cool the beam processing unit 5. For this purpose, it is preferably provided that the inner tube 9 accommodated in a holder 11 is flowed around at least in some areas by a cooling medium K. The cooling medium K is supplied to the holder 11 through an inlet Opening 11 a and leaves it through an outlet opening 11 b. The cooling medium K enters through the inlet opening 11a, then flows through a cooling channel 11c of the holder 11 which runs from the inlet opening 11a to the outlet opening 11b. It is preferably provided that the cooling channel 11c is designed to be circumferential. Compressed air is preferably used as the coolant, but it is also possible to use a liquid or other gaseous coolant.

In den 7 bis 9 ist nun eine zweite Ausführungsform eines Laser-Schweißkopfs 100 beschrieben, welche ihrem Grundaufbau nach derjenigen der ersten Ausführungsform entspricht. Korrespondierende Bauteile werden daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen und hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion nicht mehr erneut beschrieben. Der Laser-Schweißkopf 100 der zweiten Ausführungsform entspricht dem Laser-Schweißkopf 1 der ersten Ausführungsform, weist aber eine allgemein mit 110 bezeichnete Einrichtung zur Überwachung der Bearbeitungsqualität, insbesondere der Schweißqualität, die bei der Beaufschlagung eines Werkstücks durch mindestens einen aus dem Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 100 austretenden Laserstrahl L1, L2 erzielt wird. Wie aus den 6 und 7 ersichtlich ist, ist diese Einrichtung 110 auf dem Gehäuse 2 des Laser-Schweißkopfs 100 aufgesetzt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch eine kompakte Ausgestaltung der aus dem Laser-Schweißkopf 100 und der Einrichtung 110 bestehenden Laser-Schweißvorrichtung erzielt werden kann. Dem Fachmann ist aber ersichtlich, dass eine derartige Anbringung der Einrichtung 110 auf dem Gehäuse 2 nicht zwingend ist.In the 7 until 9 A second embodiment of a laser welding head 100 is now described, the basic structure of which corresponds to that of the first embodiment. Corresponding components are therefore provided with the same reference numbers and will no longer be described again with regard to their structure and function. The laser welding head 100 of the second embodiment corresponds to the laser welding head 1 of the first embodiment, but has a device generally designated 110 for monitoring the processing quality, in particular the welding quality, which occurs when a workpiece is acted upon by at least one of the housing 2 of the laser -Welding head 100 emerging laser beam L1, L2 is achieved. Like from the 6 and 7 As can be seen, this device 110 is placed on the housing 2 of the laser welding head 100. This has the advantage that a compact design of the laser welding device consisting of the laser welding head 100 and the device 110 can be achieved. However, it will be apparent to a person skilled in the art that such attachment of the device 110 to the housing 2 is not mandatory.

Die 9 zeigt nun einen Schnitt entlang der Linie C-C der 6. Man erkennt wieder den Laser-Schweißkopf 1, wie er in 3 dargestellt ist. Die zur Ausgestaltung des Laser-Schweißkopfs 1 der ersten Ausführungsform gemachten Ausführungen gelten beim Laser-Schweißkopf 100 entsprechend.The 9 now shows a section along the line CC 6 . You can see the laser welding head 1 again, as shown in 3 is shown. The statements made regarding the design of the laser welding head 1 of the first embodiment apply accordingly to the laser welding head 100.

Der Laser-Schweißkopf 100 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich aber von demjenigen der ersten Ausführungsform dadurch, dass ein Umlenkspiegel 116 halb-durchlässig ausgebildet ist, so dass zwar die aus der Strahlaufbereitungseinheit 5 austretenden Laserstrahlen L1, L2 - wie beim Umlenkspiegel 6 der ersten Ausführungsform - umgelenkt werden, aber vom Werkstück reflektierte Strahlung S, welche durch die Öffnung 7 eintreten, den Umlenkspiegel 116 passieren und über einen - in der ersten Ausführungsform nicht vorhandenen - Strahlengang 117 zu einer Öffnung 118 des Gehäuses 2 gelangen. Über dieser Öffnung 118 ist ein Messkopf 111 angeordnet, welcher dazu dient, die vom Werkstück und insbesondere von der Schweißstelle ausgesandten Strahlung zu erfassen. Hierzu ist bei der beschriebenen Ausführungsform vorgesehen, dass der Messkopf 111 einen Umlenkspiegel 126 aufweist, welcher die dem Messkopf 111 zugeführten Strahlen umlenken und über eine Kollimationslinse 127 zu einer Sensoranordnung 120 leiten. Signalleitungen 121 führen dann die Messsignale der Sensoranordnung 120 zu einer Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt).However, the laser welding head 100 of the second embodiment differs from that of the first embodiment in that a deflection mirror 116 is designed to be semi-transparent, so that the laser beams L1, L2 emerging from the beam processing unit 5 - as in the deflection mirror 6 of the first embodiment - are deflected, but radiation S reflected from the workpiece, which enters through the opening 7, passes through the deflection mirror 116 and reaches an opening 118 in the housing 2 via a beam path 117 - not present in the first embodiment. A measuring head 111 is arranged above this opening 118, which serves to detect the radiation emitted by the workpiece and in particular by the welding point. For this purpose, in the described embodiment it is provided that the measuring head 111 has a deflecting mirror 126, which deflects the beams supplied to the measuring head 111 and guides them to a sensor arrangement 120 via a collimation lens 127. Signal lines 121 then lead the measurement signals from the sensor arrangement 120 to an evaluation device (not shown).

Es wird bevorzugt, dass die Sensoranordnung 120 das vom Werkstück und insbesondere von der Schweißstelle reflektierte Licht in drei unterschiedlichen Bereichen auswertet, nämlich im Bereich des sichtbaren Lichts, beispielsweise im Bereich zwischen 400 und 850 nm, im Bereich der Prozessstrahlung, also des verwendeten Laserlichts, z. B. bei einem YAG-Laser im Bereich von 1460 nm, und im mittleren Infrarotbereich, also beispielsweise im Bereich zwischen 1200 und 1700 nm. Eine große Intensität der reflektierten Prozessstrahlung spricht im Allgemeinen dafür, dass die Schweißpunkte nur unzureichend ausgebildet sind. Je höher die infrarote Strahlung ist, desto größer sind normalerweise die Schweißpunkte. Die aktuell detektierten Werte werden von der Auswerteeinrichtung mit zuvor erfassten Daten verglichen. Hierdurch ist es in einfacher Art und Weise möglich, vorzugsweise fortlaufend die Qualität der von dem mindestens einen aus dem Laser-Schweißkopf 1 austretenden Laserstrahl L1, L2 dargestellten Schweißstelle zu überprüfen und/oder den mindestens einen Laserstrahl L1, L2 entsprechend zu regeln. Insbesondere durch eine Änderung der Fokuslage und/oder des Fokusdurchmessers mindestens eines Laserstrahls L1, L2 kann eine Verbesserung der Schweißqualität erreicht werden.It is preferred that the sensor arrangement 120 evaluates the light reflected from the workpiece and in particular from the welding point in three different areas, namely in the area of visible light, for example in the area between 400 and 850 nm, in the area of the process radiation, i.e. the laser light used, e.g. B. with a YAG laser in the range of 1460 nm, and in the mid-infrared range, for example in the range between 1200 and 1700 nm. A high intensity of the reflected process radiation generally indicates that the welding spots are insufficiently formed. Typically, the higher the infrared radiation, the larger the weld spots. The currently detected values are compared by the evaluation device with previously recorded data. This makes it possible in a simple manner, preferably continuously, to check the quality of the welding point represented by the at least one laser beam L1, L2 emerging from the laser welding head 1 and/or to regulate the at least one laser beam L1, L2 accordingly. In particular, an improvement in the welding quality can be achieved by changing the focus position and/or the focus diameter of at least one laser beam L1, L2.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016203511 A1 [0003]
EP 0593894 B1 [0005]

Claims

Welding device (200) for welding a first workpiece (W1) and a second workpiece (W2), wherein a welding device (200) has a first feed device (210), by means of which a first workpiece (W1) can be fed to the welding device (200), and a second feed device, by means of which a second workpiece (W2) can be fed to the welding device (200), and wherein the welding device (200) has a welding device for welding the two workpieces (W1, W2), characterized in that the welding device ( 200) has a laser welding head (1; 100), through which the welding energy required to weld the two workpieces (W1, W2) can be supplied.

Welding device after Claim 1 , characterized in that the laser welding head (1; 100) has a housing (2) into which at least one optical fiber (3) opens, through which the laser welding head (1) receives a laser beam (L) generated by an external radiation source can be supplied in that a beam processing unit (5) with an entry area (5a) and an exit area (5b) is arranged in the housing (2), with at least one laser beam emerging from the fiber end (3a) of the at least one optical fiber (3) being directed to the entry area (5a) of the beam preparation unit (5) and at least one laser beam (L1, L2) emerges from the exit area (5b) of the beam preparation unit (5), which emerges through an exit opening (7) from the housing (2) of the laser welding head ( 1) is guided, and that the distance between the fiber end (3a) of the at least one optical fiber (3) and the entry area (5a) of the beam processing unit (5) can be changed.

Welding device (200) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the laser welding head (1; 100) has a device (110) through which radiation is applied to the laser beams (L1, L2) emerging from the laser welding head (100). Workpiece (W) is reflected, can be detected.

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical fiber (3) or at least one of the optical fibers (3) and / or the beam processing unit (5) are arranged in the housing (2) so that they can move relative to one another.

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that an end region (3') of at least one optical fiber (3) is arranged in the housing (2) of the laser welding head (1) so that it can be displaced in an axial direction.

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the beam processing unit (5) is a galvanometric beam processing unit.

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser welding head (1; 100) has at least one clamping unit (4), through which at least one of the optical fibers (3) in the housing (2) can be fixed in at least two positions is.

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that an inner tube (9) is arranged in the housing (2), and that the beam processing unit (5) is accommodated in the inner tube (9), and that preferably the inner tube (9) is rotatably arranged in the housing (2) of the laser welding head (1; 100).

Welding device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser welding head (1; 100) has a cooling device (10) through which heat can be dissipated from the interior of the housing (2).

Welding device (200) according to the preceding claim, characterized in that at least one cooling channel (11c) of the cooling device (10) is arranged in a holder (11) supporting the inner tube (9), to which a cooling medium (K) can be supplied.

Welding device (200) according to the preceding claim, characterized in that the cooling channel (11c) extends around at least part of the circumferential area of the inner tube (9) accommodating the beam processing unit (5).

Welding device (200) according to the preceding claim, characterized in that the welding device (200) has a positioning device (240) through which a section separated from the first workpiece (W1) can be positioned at a welding point (S) on the second workpiece (W2). is.