DE3733568A1 - Verfahren zur herstellung von schweissverbindungen an karosserieteilen und anderen blechteilen und robotersystem - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schweissverbindungen an karosserieteilen und anderen blechteilen und robotersystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbin
dungen an Karosserieteilen und anderen Blechteilen, wie Achsteile
und Räder, von Kraftfahrzeugen und Blechteilen von sonstigen Fahrzeugen
mittels Laserstrahlen hoher Energie.
Beim Laserschweißen von Karosserieteilen tritt folgende grundsätzliche
Schwierigkeit auf. Das Laserschweißen stellt sehr hohe Anforderungen
an die Herstell- und Positionierungsgenauigkeit der vorbereiteten, zu
verschweißenden Bleche und an die Führungsgenauigkeit des Lasers, der
die Verschweißung vornimmt. Karosserieteile können mit einer Genauigkeit
von rd. ± 0,2 mm hergestellt werden. Bei der Anwendung des Laserschwei
ßens sind zum Teil Genauigkeiten von ± 0,01 mm erforderlich. Schweiß
spalte sollen nicht mehr als 10% der Materialdicke ausmachen, und bei
der günstigsten Nahtform für das Laserschweißen, dem Stumpfstoß, sollen
Schweißspalte von höchstens 0,15 mm vorliegen (VDI-Z, Bd. 129 (1987)
Nr. 6, Seite 18, 19).
Dieser Schwierigkeit beim Schweißen von Blechen entsprechend werden nach
der europäischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 1 89 806, Bleche
mit einer Welligkeit in Längsrichtung von höchstens 0,04 mm und im we
sentlichen rechteckförmigen Schnittkanten in einer Vorrichtung präzise
eingespannt und mit einer verfahrbaren Laserstrahleinrichtung mit einem
Brennfleck von unter 0,2 mm stumpfgeschweißt (Seiten 6, Abs. 3 bis Sei
te 7 Abs. 2). Die Genauigkeitsanforderungen an die Steuerung des Laser
kopfes für Schweißzwecke hat bei großen zu verschweißenden Objekten
dazu geführt, daß der Laserstrahl mittels Portalsystemen geführt wird,
die Robotern hinsichtlich der Führungsgenauigkeit erheblich überlegen
sind (VDI-Z., Bd. 129 (1987) Seiten 37, 38). Die Industrieroboter haben
sich wegen der hohen Anforderungen der Laserbearbeitung an Nachführge
nauigkeit (Wiederholgenauigkeit), Schwingungsarmut und Dynamik bisher
nicht durchsetzen können (VDI-Z., Bd. 129 Seite 38, Abs. 3 Bild 4 zeigt
das räumliche Schneiden eines kleinen Objekts). Ein Industrieroboter
für das Schneiden oder Schweißen von Werkstücken, bei dem der Laser
strahl außerhalb erzeugt, über eine hohle, horizontale Schwenkachse
in den Roboter eingeleitet und dort über ein inneres Spiegelsystem zum
Roboterkopf (Laserkopf) geführt wird, ist bekannt aus der europäischen
Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 1 78 011. Ein solcher Laser-Ro
boter ist sehr aufwendig und nur beschränkt verwendbar. Es ist auch
bekannt, Karosserieteile von maximal 600×600 mm großen Abwicklungen
mit Laserstrahlen zu schneiden (VDI-Z., Bd. 129 (1987) S. 17). Beim
Verschweißen zweier Dünnbleche ist es bekannt, ein Außenblech um ein
Innenblech zu falzen und die Falzverbindung mittels eines auf die In
nenseite des umgefalzten Außenblechs gerichteten Laserstrahls so zu
verschweißen, daß die nicht umgefalzte Seite des Außenblechs an der
Schweißung nicht beteiligt ist (DE-OS 34 37 438) oder zwei umgefalzte
Bleche entsprechend miteinander zu verschweißen (EP-Anmeldung, Veröf
fentlichungs-Nr. 2 00 997).
Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung
darin gesehen, ein Verfahren anzugeben, bei Fahrzeug-Karosserieteilen
u.dgl. Blechteilen das Laserschweißen mit geringem zeitlichem und ma
schinellem Aufwand durchführen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung
dadurch gelöst, daß die zu verbindenden Blechteile (Karosserieteile)
in ihrer Sollposition einander teilweise überdeckend aufeinandergelegt
sowie fixiert und gegeneinandergedrückt werden und mittels eines Ro
boters, der einen Laserstrahl längs einer der Oberflächen der Bleche
führt mit solcher Intensität beaufschlagt werden, daß das eine oder
mehrere dem Laserkopf zugewandte(n) Blech(e) durchgeschmolzen und
das dem Laserkopf abgewandte Blech zumindest angeschmolzen wird und
eine die Bleche verbindende Schweißnaht entsteht.
Nachdem die in ihrer Sollposition fixierten, sich teilweise überdeckend
aufeinandergelegten Bleche gegeneinandergedrückt (miteinander auf einer
Unterlage verspannt) werden, ist es möglich, durch den auf die Oberflä
che eines der Bleche gerichteten Laserstrahl beim Durchschmelzen des
einen oder der mehreren laserkopfzugewandten Bleche und dem Anschmelzen
des laserkopfabgewandten Bleches die Schweißverbindung herzustellen.
Im Bedarfsfall kann selbstverständlich auch eine sämtliche Bleche durch
setzende Schweißnaht erzielt werden. Bei Blechpaketen aus mehr als zwei
Blechen wird nur das dem Laserkopf entfernteste Blech als laserkopfab
gewandtes Blech und alle übrigen Bleche als laserkopfzugewandte Bleche
bezeichnet.
Trotz der unvermeidlichen Ungenauigkeiten (Toleranzen) bei der Fertigung
sowie der Positionierung und Fixierung der Blechteile und der im Ver
gleich zu Maschinenportalen geringeren Wiederholgenauigkeit der Steue
rung des Roboters kann so die Schweißverbindung mittels Laserstrahlen
zuverlässig und belastungsfest bewerkstelligt werden. Der Roboter ist
wegen seiner großen Flexibilität hinsichtlich des Nachfahrens von Raum
kurven und wegen der Möglichkeit des Arbeitens auch vom Karosserie-In
nenraum her für das Verschweißen von Karosserieblechen, wie z.B. eines
Dachbleches mit den Seitenholmen, besonders geeignet. Bezüglich der
Koordinate der Laserstrahlrichtung (z) besteht dabei im allgemeinen
eine große zulässige Toleranz von rd. ± 1 mm. Bei der Veränderung des
Laserkopfabstandes um diesen Betrag ändert sich zwar die Größe des Brenn
flecks auf der Blechoberfläche, bei den bei Robotern eingesetzten ver
hältnismäßig langen Brennweiten jedoch nur so geringfügig, daß das si
chere Durch- bzw. Anschmelzen der miteinander zu verbindenden Bleche
nicht beeinträchtigt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt in der Großserie, insbesondere
von Kfz.-Karosserien, hohe Fertigungsgeschwindigkeiten und dementspre
chend einen verringerten Bedarf hinsichtlich der Anzahl von Fertigungs
linien.
Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft ausgestaltet
sein.
Zur Ausführung des Verfahrens ist ein Roboter besonders geeignet, der
den Laserstrahl mit einer Wiederholgenauigkeit hinsichtlich der Raum
koordinaten (x, y, z) führt, die etwa mit der Herstellungs- und der Po
sitioniergenauigkeit der Karosserieteile übereinstimmt und der den La
serstrahl hinsichtlich seiner Richtung einstellt. Ein derartiger Roboter
muß mindestens fünfachsig sein, z.B. mit drei Translationsachsen zum
Anfahren jedes Raumpunktes (x, y, z) und zwei Rotationsachsen zur Ausrich
tung des Laserstrahles hinsichtlich der Strahlrichtung.
Zweckmäßig arbeitet man mit einem Roboter, dessen Wiederholgenauigkeit
im Bereich von ± 0,15 mm bis ± 0,25 mm liegt. Die Strahlrichtung sollte
möglichst senkrecht auf die zu verschweißende Blechoberfläche einstell
bar sein. Wenn infolge beschränkter Raumverhältnisse, z.B. im Karosse
rieinnenraum, eine zur Blechoberfläche schräge Strahlrichtung geboten
ist, so ist das wenig kritisch und kann erforderlichenfalls durch La
serstrahlintensitätsänderung ausgeglichen werden.
An solchen Stellen, an denen trotz des kräftigen Zusammendrückens der
Bleche noch linsenförmige Hohlräume zwischen den sich überdeckenden
Teilen der Bleche vorhanden sind, kann das Entstehen einer fehlerfreien
Schweißnaht dadurch gefördert werden, daß ein pulverförmiger metalli
scher Zusatzwerkstoff zwischen die Bleche geblasen wird.
Die geringeren Anforderungen des Verfahrens bezüglich des Abstandes
des Laserkopfes von den zu verschweißenden Blechen kann dadurch geför
dert werden, daß die ggf. gepulste Laserstrahlintensität und die Vor
schubgeschwindigkeit so eingestellt werden, daß die beiden zu verbin
denden Bleche nahtförmig durchgeschweißt werden. Wenn bei dieser Ver
fahrensweise Schwankungen des Laserkopfabstandes und eine dementspre
chende Verschiebung des strahlenoptischen Fokus auftreten, so daß
es durch Brennflechvergrößerung auf der Blechoberfläche zur Erwär
mung einer größeren Zone kommt, ist gleichwohl noch die einwandfreie
Verbindung zwischen den Blechen gesichert.
Diese Verfahrensweise eignet sich besonders auch für das Verschweißen
von mehreren, sich teilweise überlappenden Blechen, wie z.B. von drei
Blechen und von Blechen, die an ihrem Randbereich flanschartig ausge
bildet sind.
Eine exakte Einhaltung der Abstandskoordinate (Z) des Laserkopfes
von der Blechoberfläche kann dadurch erreicht werden, daß man den
Abstand durch ein von dem Roboter auf dem Blech geführtes Tastorgan
konstant hält. Die dadurch erzielte Einstellgenauigkeit des Laserkop
fes kann ± 0,01 mm betragen.
Diese Maßnahme begünstigt die Arbeitsweise, zwei oder mehr aufeinander
liegende Blechteile so miteinander zu verschweißen, daß das für die
Karosserieaußenseite vorgesehene Blech höchstens blaue Anlauffarben,
aber keine wesentliche Strukturveränderung aufweist. Dazu empfiehlt
sich noch die Maßnahme, daß von zwei oder mehr aufeinandergelegten
Blechen die karosserieinneren Bleche von der Innenseite her mit sol
cher, vorzugsweise gepulster Intensität und Vorschubgeschwindigkeit
mit Laserenergie beaufschlagt wird, daß die inneren Bleche (laser
kopfzugewandten) vollständig durchschweißen und das an der Außenseite
der Karosserie angeordnete (laserkopfabgewandte) Blech nur so weit
aufschmilzt, daß an seiner Außenoberfläche nach einem Lackauftrag
die Schweißnaht nicht erkennbar ist. Die einwandfreie Außenoberfläche
wird regelmäßig ohne Nacharbeit erzielt. Bei den Verfahren nach dem
Stand der Technik ist dies nur zuverlässig möglich bei mehreren auf
einanderliegenden Blechen, die falzartig ausgebildet sind, wobei nur
die karosserieinneren Bleche am Schweißvorgang teilnehmen (DE-OS 34
37 483 und europäische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
2 00 997).
Zur Erhöhung der Steifigkeit und Torsionsfestigkeit von Außenhautteilen
ist vorgesehen, daß die Außenblechteile mit inneren Versteifungsrahmen,
insbesondere Deckel für den Kofferraum oder Motordeckel, derart ver
schweißt werden, daß das Blech des Versteifungsrahmens mit den Laser
strahlen beaufschlagt und durchgeschweißt wird und daß das spaltfrei
anliegende Außenblech bezüglich seiner Dicke nur teilweise aufgeschmol
zen wird. Bei den Außenhautblechen mit inneren Versteifungsrahmen
ist nach dem Stand der Technik eine bezüglich der späteren Decklackie
rung problemlose Verbindung nur im gefalzten Randbereich möglich,
dagegen nicht im übrigen Flächenbereich des Blechteils.
Wenn es auf ein verzugsfreies Verschweißen von Karosserieteilen beson
ders ankommt, empfiehlt sich die Arbeitsweise nach Anspruch 13. Sie
ist auch vorteilhaft, wenn infolge der Anordnung und späterer Entfer
nung von Werkzeugen zum Positionieren und/oder Spannen der sich teil
weise überdeckenden Blechteile diese zunächst nur zusammengeheftet
(unterbrochene Schweißnaht) und dann die Schweißnahtlücken, insbeson
dere an den Stellen abgenommener Spannmittel, geschweißt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat sich ein der
art ausgebildetes Robotersystem besonders bewährt, bei dem ein min
destens 5-achsig, vorzugsweise 6-achsig beweglicher Roboter einen
mit einer fokussierenden Optik und einer Gaskühlung ausgerüsteten
Laserkopf trägt, in den ein Laserstrahl eingekoppelt ist, der über
ein mindestens 5-achsiges, aus Rohren und Kugelgelenken mit gekühlten
Umlenkspiegeln bestehendes Laserstrahl-Führungssystem aus einem orts
festen Laserstrahlerzeuger ausgekoppelt ist.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Er
findung erläutert. Es zeigen im einzelnen
Fig. 1 ein Vorderbau-Karosserieteil u.a. mit dem Kastenprofil eines
Längsträgers, einem Federtopf und einem Bodenblech-Längsbe
reich in Ansicht, mit hier nicht dargestellten Laserschwei
ßungen,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Kastenprofil-Längsträger in der Ver
tikalebene durch die Linie II-II gemäß Fig. 1 in perspekti
vischer Sicht mit Laserschweißnähten,
Fig. 3 den Federtopf als Einzelheit aus Fig. 1 mit angeschweißter
Seitenwand,
Fig. 4 einen Kofferraumdeckel mit abgesetzt dargestelltem Verstei
fungsrahmen in Ansicht von unten,
Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V, bei dem das Koffer
raumaußenblech mit dem Versteifungsrahmen laserverschweißt
ist,
Fig. 6 vergrößert die Einzelheit A aus Fig. 5,
Fig. 7 vergrößert die Einzelheit B aus Fig. 5,
Fig. 8 einen robotergeführten Laserkopf mit einem Tastorgan zu zwei
Blechen,
Fig. 9 eine Radfelge mit Radschüssel im Schnitt,
Fig. 10 die Einzelheit A aus Fig. 9,
Fig. 11 einen Schräglenker in Draufsicht,
Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 11,
Fig. 13 schematisch ein Gesamtsystem, bestehend aus einem zu bear
beitenden Karosserieteil mit einem von einem Roboter geführten
Laserkopf, und mit einem Erzeuger für die Laserstrahlen, die
dem Laserkopf zugeführt werden.
Das Vorderbau-Karosserieteil 1 nach Fig. 1 zeigt insbesondere einen
kastenprofilierten Längsträger 2, einen Federtopf 3 und ein Karosse
rie-Bodenblech 4 im Längsbereich.
Gemäß Fig. 2 wird das Kastenprofil des Längsträgers 2 gebildet aus dem
oberen Blech 5 und dem unterem Blech 6; die Längsseiten beider Bleche
weisen abgekantete Flansche 7, 8 auf. Die zu verbindenden Blechteile 5, 6
sind in ihrer Soll-Position mit ihren Flanschen 7, 8 einander überdeckend
aufeinandergelegt sowie fixiert und werden mit hier nicht dargestellten
Mitteln fest gegeneinander gedrückt. Ein Roboter (Fig. 13) führt einen
Laserkopf längs der Oberfläche des Flansches 7 mit einer derartigen
Laserenergiedichte, so daß die beiden Flansche 7, 8 nahtförmig durch
geschweißt werden. Die Herstellgenauigkeit und die Positioniergenauig
keit der Bleche 5, 6 (einschl. ihrer Flansche 7, 8) beträgt etwa ± 0,2 mm.
Die Wiederholgenauigkeit handelsüblicher Roboter hat praktisch den glei
chen Wert und liegt meist im Bereich von ± 0,15 mm bis 0,25 mm. Genau
diese Übereinstimmung der beiden Genauigkeiten ermöglicht es, mit den
Mitteln der Laserschweißtechnik Karosserieteile (Bleche) miteinander
zu verbinden und zwar mit einer Fertigungsgeschwindigkeit, die etwa
das zwei- bis dreifache oder mehr beträgt gegenüber dem üblichen Punkt
schweißen. Bei der Karosserieherstellung in der Großserie verringert
sich daher die für eine bestimmte Produktion erforderliche Anzahl von
Fertigungslinien. Hinzu kommt, daß beim Laserschweißen Roboter mit be
deutend geringerer Nutzlast verwendet werden können im Vergleich zu
den beim Punktschweißen einzusetzenden Robotern.
Beim Laserschweißen kann der Überdeckungsbereich der zu verbindenden
Bleche bedeutend geringer gewählt werden derart, daß z.B. bei den Flan
schen 7, 8 eine Flanschbreite von nur etwa 5 mm erforderlich ist, während
die Flanschbreite beim Punktschweißen etwa 16 mm beträgt.
Fig. 3 zeigt den Federtopf 3 aus Fig. 1, bestehend aus einem abgeflacht
kalottenähnlichen oberen Blechteil 10 und dem Seitenwand-Blechteil 11.
Die Laserstrahleinrichtung ist bezüglich einer Einzelheit dargestellt
mit einem Laserkopf 12, der von einem Roboterarm 13 geführt ist, und
schematisch mit einem Laserstrahl 14. Im Bereich des linksseitigen Ran
des sind die beiden Blechteile 10, 11 mit einer solchen Laserstrahlin
tensität und Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls beaufschlagt wor
den, so daß eine durchgehende Schweißnaht 9 erzielt ist. Im rechten
Randbereich sind zwischen die Blechteile 10, 11 noch ein weiteres Blech
teil 15 eingefügt und die drei Bleche des Blechpaketes 10, 11, 15 mittels
einer die Dicke des ganzen Blechpakets durchsetzenden Schweißnaht 9
miteinander verbunden.
Nachfolgend wird bei Blechpaketen aus mehr als zwei Blechen nur das
dem Laserkopf entfernteste Blech als laserkopfabgewandtes Blech und
alle übrigen Bleche als laserkopfzugewandte Bleche bezeichnet.
Beim vollständigen Durchschweißen zweier Bleche und mehrlagiger Blech
pakete hat sich gezeigt, daß die Einstellgenauigkeit des Laserkopfes
in Richtung (Z) des Laserstrahls 14 nur etwa ± 1 mm zu betragen braucht,
was mit den üblichen Robotern ebenfalls ohne weiteres zu erreichen ist.
In Fig. 4 ist ein Karosserieaußenhaut-Deckel, z.B. Kofferraumdeckel
16, von seinem Versteifungsrahmen 17 zur Verdeutlichung abgesetzt (be
abstandet) gezeigt.
Aus dem Schnitt nach Fig. 5 und den Einzelheiten gemäß den Fig. 6
und 7 ist ersichtlich: Im Randbereich besteht die Verbindung zwischen
Kofferraumdeckel 16 und Versteifungsrahmen 17 aus einem Falzen mit einer
derartigen Schweißnaht 18, daß die beiden laserkopfzugewandten Teile
durchgeschweißt sind, während der laserkopfabgewandte Kofferraumdeckel
16 (Karosserieaußenhautteil) nur mit einem Teil seiner Dicke von der
Schweißnaht erfaßt ist. Zusätzlich sind im übrigen Flächenbereich des
Deckels 16 Berührungsstellen (spaltfreie Überdeckungsflächen) zwischen
Kofferraumdeckel 16 und Versteifungsrahmen 17 geschaffen, die ebenfalls
mittels einer in den Deckel 16 nur teilweise eingedrungenen Schweißnaht
18 miteinander verbunden sind.
Das ergibt einen sehr formstabilen, insbesondere torsionssteifen Karosse
riedeckel. Bei üblicher Arbeitsweise hat im Flächenbereich des Verstei
fungsrahmens 17 auch nach dem Blechverbinden durch Falzen der Rahmen 17
einen Abstand zum Deckel 16, der mittels elastischer und/oder klebender
Werkstoffe ausgefüllt ist.
Blechverbindungen durch Falzen werden auch bei Karosserietüren und der
gleichen angewandt. Hier kann die vorstehend erörterte erfindungsgemäße
Arbeitsweise, insbesondere nach Fig. 7, ebenfalls angewandt werden.
Bisher wurden derartige Falzverbindungen dadurch verstärkt, daß entweder
an der Stirnseite 19 des Falzes eine Kehlnaht gelegt wurde oder ledig
lich die karosserieinnenseitigen Blechteile mit einer Schweißnaht ver
bunden werden, während das Außenhautblech an der Schweißnaht nicht teil
nimmt.
Beim Laserschweißen wird in der Praxis die an der Schweißstelle jeweils
erforderliche Energiedichte insbesondere durch die gewählte Vorschubge
schwindigkeit und durch einen meist gepulsten Laserstrahl (Pulsfrequenz
ca. 100 Hz bis 1 kHz) erzielt. Zum Laserstrahlschweißen, bei dem erfin
dungsgemäß Karosseriebleche 2- oder mehrlagig miteinander zu verschwei
ßen sind derart, daß das laserkopfabgewandte Blech bezüglich seiner
Dicke nur teilweise von der Schweißnaht erfaßt wird, empfiehlt sich
eine Laserkopfabstandssteuerung gemäß Fig. 8. Dabei wird ein der Vor
schubrichtung 20 des Laserstrahls 14 voreilendes Tastorgan 21 verwen
det, das in vereinfachter Darstellung über ein Stellglied 22 und eine
mechanische Verbindung 23 die Sammellinse 24 des Laserkopfs 12 oder
- was nicht dargestellt ist, den Laserkopf 12 mit einer feststehenden
Linse 24 - verstellt, so daß die Brennfleckgröße an der Blechoberfläche
durch eine Abstandssteuerung mit einer Genauigkeit von ± 0,01 mm kon
stant gehalten wird und der optische Laserstrahlfokus in der Blechebe
ne liegt.
Gemäß Fig. 9 kann eine Radfelge 25 mit einer Radschüssel 26 erfindungs
gemäß lasergeschweißt sein. Fig. 10 zeigt die Einzelheit aus Fig. 9.
Der Schräglenker nach den Fig. 11 und 12 besteht aus einer Oberschale
27 und einer Unterschale 28 mit Flanschen 7, 8, die in ihrer Soll-Posi
tion einander überdeckend aufeinander gelegt sowie fixiert und fest
gegeneinander gedrückt worden sind und die in vorbeschriebener Weise
mittels eines Roboters (Fig. 13) mit Laserkopf 12 mittels einer Schweiß
naht an den zusammengehörenden Flanschen 7, 8 fest verbunden sind. Die
beiden Schalen 27, 28 umfassen in ihren Endbereichen 29, 30 eine Buchse
31 mit Bohrung 32. Zum Laserverschweißen der beiden Schalen 27, 28 mit
der Buchse 31 wird der Laserkopf 12 auf einer geschlossenen Raumkurve
geführt, die sich in der Draufsicht (Fig. 11) annähernd elliptisch dar
stellt, so daß sich eine Schweißnaht 33 ergibt. Die Schweißung erfolgt
besonders dann verzugsfrei, wenn der Laserstrahl derart getaktet wird,
daß die Schweißnaht 33 zunächst nur auf Teilstrecken der Raumkurve ge
legt und die Schweißnahtlücken dann durch zwei- oder mehrmaliges Abfahren
der Raumkurve zunehmend geschlossen werden.
Bei üblicher Konstruktions- und Arbeitsweise sind die Schalen 27, 28
weniger eingezogen ausgebildet, so daß sie in ihren Endbereichen 29, 30
eine kleine Berührungsfläche mit der Buchse 31 aufweisen und daß eine
Kehlnahtschweißung an den Stirnflächen der Endbereiche 29, 30 erfolgt.
Dabei ergibt sich ein erheblicher Verzug, der ein Nachbearbeiten der
Buchse 31 (Bohrung 32) erforderlich macht.
Das Gesamtsystem nach Fig. 13 hat einen Laserstrahlerzeuger 34 mit Re
sonator (Leistungsverstärker), aus dem der Laserstrahl 14 über mehrere
Rohre 35 mit zwischengeschalteten Gelenken 36, deren gekühlte Umlenk
spiegel nicht dargestellt sind, zum Laserkopf 12 geleitet sind. Der
Laserkopf 12 ist am Tragarm 13 eines Roboters 37 geführt. Das zu schwei
ßende Karosserieteil (Fahrzeugtür) ist mit 38 bezeichnet und wird mit
tels Spannwerkzeugen 39 in seiner Soll-Position fixiert.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen an Karosserie
teilen und anderen Blechteilen, wie Achsteile und Räder, von Kraft
fahrzeugen und Blechteilen von sonstigen Fahrzeugen mittels Laser
strahlen hoher Energie, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu verbindenden Blechteile (Karosserieteile) in ihrer Soll
position einander teilweise überdeckend aufeinandergelegt sowie
fixiert und gegeneinandergedrückt werden
und mittels eines Roboters, der einen Laserstrahl längs einer der
Oberflächen der Bleche führt
mit solcher Intensität beaufschlagt werden, daß das eine oder mehre
re dem Laserkopf zugewandte(n) Blech(e) durchgeschmolzen und das
dem Laserkopf abgewandte Blech zumindest angeschmolzen wird
und eine die Bleche verbindende Schweißnaht entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwen
dete Roboter geeignet ist, den Laserstrahl mit einer Wiederholge
nauigkeit hinsichtlich der Raumkoordinaten (x, y, z) zu führen, die
etwa mit der Herstellungs- und Positioniergenauigkeit der Karosse
rieteile übereinstimmt und den Laserstrahl hinsichtlich seiner Rich
tung einzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung
(z) des Laserstrahls senkrecht auf die Oberfläche der zu verschwei
ßenden Bleche gerichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wiederholgenauigkeit des Roboters ± 0,15 bis ± 0,25 mm beträgt.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an solchen Stellen der aneinandergedrückten Bleche, an denen
noch Hohlräume zwischen den Blechen vorhanden sind, ein pulverför
miger metallischer Zusatzwerkstoff zwischen die Bleche geblasen
wird.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die ggf. gepulste Laserstrahlintensität und die Vorschubge
schwindigkeit so eingestellt werden, daß die zu verbindenden sich
überdeckenden Bleche nahtförmig durchschweißt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei sich
meist mit ihrem Randbereich überdeckende Bleche nahtförmig durch
schweißt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bleche
in ihrem Randbereich flanschartig ausgebildet werden und die Flansche
nahtförmig durchschweißt werden.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (z-Koordinate) des Laserkopfes von der Blechober
fläche mittels eines auf dem Blech geführten Tastorganes konstant
gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch
das Tastorgan bedingte Einstellgenauigkeit des Laserkopfes ± 0,01 mm
beträgt.
11. Verfahren nach einem der obengenannten Ansprüche, insbesondere
nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei
oder mehr aufeinandergelegten Blechen die karosserieinneren (la
serkopfzugewandten) Bleche von der Innenseite her mit solcher,
vorzugsweise gepulster Intensität und Vorschubgeschwindigkeit
mit Laserenergie beaufschlagt werden, daß die karosserieinneren
Bleche vollständig durchschweißen und das an der Außenseite der
Karosserie angeordnete (laserkopfabgewandte) Blech nur so weit
aufschmilzt, daß an seiner Außenoberfläche nach einem Lackauftrag
die Schweißnaht nicht erkennbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Außenblech
teile mit inneren Versteifungsrahmen, insbesondere Deckel für den
Kofferraum oder Motordeckel, so verschweißt werden, daß das Blech
des Versteifungsrahmens mit den Laserstrahlen beaufschlagt und
durchgeschweißt wird und daß das gepreßt anliegende Außenblech
bezüglich seiner Dicke nur teilweise aufgeschmolzen wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Schweißnaht zwischen
gegeneinandergedrückten Blechen längs einer offenen oder geschlos
senen Raumkurve ein oberhalb des laserkopfzugewandten Bleches
geführter Laserkopf die Raumkurve mehrmals durchläuft und dabei
der Laserstrahl derart getaktet wird, daß die Schweißnaht beim
ersten Durchlauf zunächst nur an mehreren Raumkurvenabschnitten
erzeugt wird und bei dem mindestens einen weiteren Durchlauf die
Schweißnahtlücken der Bleche ebenfalls durchschweißt werden, so
daß eine über die gesamte Raumkurvenstrecke durchgehende, zusam
menhängende Schweißnaht ausgebildet wird.
14. Robotersystem für das Laserstrahlschweißen zur Durchführung des
Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, ins
besondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mindestens 5-achsig, vorzugsweise 6-achsig
beweglicher Roboter (37) einen mit einer fokussierenden Optik
(Sammellinse 24) und einer Gaskühlung ausgerüsteten Laserkopf
(12) trägt, in den ein Laserstrahl (14) eingekoppelt ist, der
über ein mindestens 5-achsiges, aus Rohren (35) und Kugelgelen
ken (36) mit gekühlten Umlenkspiegeln bestehendes Laserstrahl-Füh
rungssystem aus einem ortsfesten Laserstrahlerzeuger (34) ausge
koppelt ist.
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