DE4104256A1 - Verfahren zum herstellen von durch tiefziehen umgeformten formkoerpern, insbesondere von karosserieteilen fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Verfahren zum herstellen von durch tiefziehen umgeformten formkoerpern, insbesondere von karosserieteilen fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von durch
Tiefziehen oder Pressen umgeformten Formkörpern, insbesondere
von Karosserieteilen, bei dem zwei ebene Blechteile
unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlichen
Blechmaterials mittels eines enggebündelten Laserstrahles hoher
Energiedichte zusammengeschweißt und dann als Einheit durch
Tiefziehen oder Pressen geformt werden.
Formkörper aus Blech, insbesondere Karosserieteile von
Kraftfahrzeugen, sind in der Regel in einzelnen Teilbereichen
unterschiedlich stark belastet. Um dem Rechnung zu tragen,
können die Formkörper in bekannter Weise derart hergestellt
werden, daß sie aus mehreren einzeln geformten Blechteilen
unterschiedlicher Dicke zusammengesetzt werden, indem die
einzelnen Teile an ihren Rändern sich überlappend positioniert
und dann durch Wiederstandsschweißen oder Schmelzschweißen
miteinander verschweißt werden.
Derartige Formkörper aus Blech können einfacher nach dem
eingangs genannten Verfahren, wie es aus EP-A-02 79 866 bekannt
ist, hergestellt werden. Dabei werden zwei ebene Bleche
unterschiedlicher Dicke mit jeweils einer geradlinigen
Schnittkante im Stumpfstoß zueinander positioniert und dann
durch Stumpfschweißen miteinander verbunden. Zweckmäßig hat das
dickere Blechteil einen Höhenversatz auf derjenigen Blechseite,
die dem Laserstrahl zugewandt ist, und es kann sich empfehlen,
mit schräg zur Oberfläche gerichtetem Laserstrahl zu schweißen,
so daß eine Komponente der Strahlrichtung gegen die freiliegende
Schnittkante des dickeren Blechteiles gerichtet ist. Der Vorteil
dieses Verfahrens wird insbesondere darin gesehen, daß unter
Beibehaltung einer material- und gewichtssparenden Bauweise der
Herstellungsaufwand geringer ist, insbesondere die noch nicht
geformten (ebenen) Blechteile ohne größere Positionierarbeiten
miteinander verschweißt werden und die nachfolgende Formgebung
an dem Verbundteil und nicht mehr separat für jedes Blechteil
erfolgt.
Aus der DE-A-38 28 341 ist ein Verfahren zum stumpfen
Verschweißen von Blechteilen aus Feinblech im Schmelz
schweißverfahren, insbesondere mit einem Laserstrahl bekannt,
bei dem die Blechteile mit überstehendem Saum im Nahtbereich
überlappend lagedefiniert zueinander gehalten und mittels eines
Laserstrahles, der dem späteren Nahtverlauf entlanggeführt wird,
in einem gemeinsamen Besäumschnitt gleichzeitig besäumt und die
abgeschnittenen Säume entfernt werden. Dabei ist der Laserstrahl
mit gegenüber dem Oberflächenlot geneigter Strahlachse geführt,
so daß ein schräger Schnittspalt entsteht. Nachfolgend werden die
beiden besäumten Blechteile, vorzugsweise ohne Verschiebung in
der Blechebene, an einer Kante zum berührenden Stoß gebracht,
so daß ein minimaler Fügespalt entsteht und die Bleche dann
miteinander verschweißt werden können. Diese Arbeitsweise ist
insbesondere auch für das Verschweißen von räumlich geformten
(dreidimensionalen) Blechteilen vorgesehen, deren zu
verschweißende Kanten dementsprechende räumlich gewundene
Schweißnähte erfordern. Durch das vertikale Verschieben der
besäumten Blechteile wird der beim Besäumen erzeugte Schnitt
spalt in denjenigen Abschnitten der späteren Schweißnaht
beseitigt und eine gegenseitige Berührung der Blechkanten
erzielt, die in einer zur Verschieberichtung senkrechten Ebene
liegen. In den zur Verschieberichtung parallel gerichteten bzw.
nicht rechtwinklig verlaufenden Schweißnahtabschnitten bleibt
die ursprüngliche Schnittspaltbreite unverändert bzw. teilweise
erhalten. Die beim Zusammenschweißen räumlich geformter
Blechteile erzeugten Schweißnähte sind daher mangelhaft oder sie
bedürfen zusätzlicher Maßnahmen, beispielsweise indem in den
kritischen Schweißnahtabschnitten mit Zusatzwerkstoff geschweißt
wird.
Aus DE-A-37 13 975 ist es bekannt, zum Fügen, insbesondere zum
Verschweißen von Kanten, mit einer im wesentlichen parallel zur
Fügespaltebene verlaufenden und zu dieser Ebene überwiegend
parallel polarisierten Laserstrahlung zu arbeiten. Mindestens
eines der zu verschweißenden Teile ist biegsam, so daß mit einem
zur Lasereinstrahlung hin trichterartig aufgeweiteten
Kantenspalt gearbeitet werden kann und der Laserstrahl ohne
wesentliche vorherige Absorption bis zur Berührungsstelle der
beiden zu verbindenden Kanten gelangt, so daß er seine Energie
praktisch nur im Bereich der Kantenberührungsstelle (Fügestelle)
abgibt und nur dort eine Schweißschmelze entsteht. Durch
fortschreitendes Zusammendrücken des Kantenspaltes wird eine
über die gesamte Kantenlänge durchgehende Schweißnaht aufgebaut.
Diese Arbeitsweise ist vorrangig vorgesehen und geeignet zum
Verschweißen von Materialien, deren Kanten durch
Druckbeaufschlagung scherenartig zusammengeführt werden können,
wie z. B. Folien zur Oberflächenbeschichtung oder dünnes
Bandmaterial.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsmäßig zugrundegelegte
Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein ebenes
Verbundteil aus Blech mit einer verstärkten (inneren) Teilfläche
geschaffen wird, so daß nach dessen Formen durch Tiefziehen oder
Pressen ein optimal gestaltetes Bauteil, insbesondere für
Karosserien von Kraftfahrzeugen, erhalten wird, das an die
jeweilige bauteilspezifische Belastung weitestgehend angepaßt
ist und das gleichwohl einen geringen Herstellungsaufwand hat,
sowie mit Material- und Gewichtseinsparung verbunden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
Diese Maßnahmen ermöglichen es, durch nachfolgendes Tiefziehen
oder Pressen umgeformte Formteile herzustellen, die entsprechend
ihrer Belastung bauteilespezifisch lokal verstärkt sind.
Insbesondere an Karosserieteilen für Personen- und
Lastkraftwagen, wie Motorhauben, Kofferräume, Seitentüren,
Heckklappen, Schiebetüren, Schiebedächer o. dgl., sind
hochbelastete lokale Bereiche, z. B. Scharnieraufnahmen,
Schloßverstärkungen, Ansatzbereiche für Holme oder für sonstige
tragende Elemente, vorhanden, die erfindungsgemäß vorteilhaft zu
gestalten sind.
Das ebene, lokal verstärkte Verbundteil aus einem Trägerblech
und einem darin eingesetzten (flächenkleineren) Einsatzblech
kann durch Schneiden und Verschweißen mittels lediglich einer
Laserstrahleinrichtung mit hoher Energie und ohne Wechsel der
Bearbeitungsstation hergestellt werden.
Zweckmäßige und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterentwicklungen der Erfindung, sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Hervorzuheben sind:
Die Herstellung eines Verbundteiles bei dem das (flächengrößere) Trägerblech und das (flächenkleinere) Einsatzblech die gleiche Dicke (Materialstärke) haben und das Einsatzblech aus einem Material mit höherer Festigkeit besteht (insbesondere nach Anspruch 3). Ein solches Verbundteil empfiehlt sich für sichtkritische Bereiche an Karosserieteilen, insbesondere wenn die Oberflächenbearbeitung weniger aufwendig sein soll.
Die Herstellung eines Verbundteiles bei dem das (flächengrößere) Trägerblech und das (flächenkleinere) Einsatzblech die gleiche Dicke (Materialstärke) haben und das Einsatzblech aus einem Material mit höherer Festigkeit besteht (insbesondere nach Anspruch 3). Ein solches Verbundteil empfiehlt sich für sichtkritische Bereiche an Karosserieteilen, insbesondere wenn die Oberflächenbearbeitung weniger aufwendig sein soll.
Die Herstellung eines Verbundteiles, bei dem das (flächen
kleinere) Einsatzblech eine größere Dicke (Materialstärke)
aufweist als das (flächengrößere) Trägerblech, so daß nach dem
schrägen, gleichzeitigen Laserschneiden beider Bleche und dem
nachfolgenden Verschieben mindestens eines Bleches zur
Kantenberührung mit minimalem Fügespalt der Bleche ein
Höhenversatz einseitig oder beidseitig vorhanden ist
(insbesondere nach den Ansprüchen 4-7). Die Einfallsrichtung des
Laser-Schweißstrahles auf der Blechseite mit einem Höhenversatz
zu wählen, ist empfehlenswert, weil ein kantenstreifender
(schnittkantenparalleler) Strahleinfall vermieden werden kann
durch einen - im Vergleich zum Schnittstrahl - vergrößerten
Azimutwinkel des Schweißstrahles. Es hat sich nämlich
überraschend gezeigt, daß der Laserstrahl sich quasi von selbst
in den Fügespalt einfädelt, und daß eine Selbstausrichtung der
Schweißnaht eintritt, und zwar insbesondere dann, wenn der
Laser-Schweißstrahl senkrecht zu seiner Einfallsebene
polarisiert, bevorzugt linear polarisiert ist. Bei einem
Verbundteil mit beidseitigem Höhenversatz läßt sich beim
Schweißen unschwer eine beidseitige Kehlnaht erreichen, so daß
ein solches Verbundteil nach dem Tiefziehen oder Pressen
besonders hoher Belastung standhält.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Sicht und teilweise geschnitten ein
Trägerblech und ein aufliegend positioniertes
(flächenkleineres) Einsatzblech, die beide gleichzeitig
mit einem Laserstrahl geschnitten werden,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 ein Trägerblech, das mit einem dickeren Einsatzblech in
Schnittkantenberührung gebracht ist im Querschnitt,
Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. 3 vergrößert und einseitig
gebrochen mit geometrischen Kenngrößen,
Fig. 5 schematisch vereinfacht das Einfädeln eines Laserstrahles
in einen Kantenspalt (Fügespalt) zwischen zwei Blechen mit
Höhenversatz,
Fig. 6 schematisch die Selbstausrichtung einer Schweißnaht
zwischen zwei Blechen nach Fig. 3 mit einem Laser-
Schweißstrahl, der stärker geneigt ist als die schrägen
Schnittkanten der beiden Bleche,
Fig. 7 einen Kraftfahrzeug-Kotflügel mit einer Federbein-Auf
nahme, die durch Tiefziehen eines erfindungsgemäß herge
stellten, ebenen, lokal verstärkten Verbundteils erzeugt
ist.
Aus den Fig. 1 und 2 sind die Verfahrensschritte beim Laser-
Schneiden zu entnehmen. Dabei wird auf einem flächengrößeren
ebenen Blechteil 1 (Trägerblech) ein damit später zu
verschweißendes flächenkleineres ebenes Blechteil 2
(Einsatzblech) aufeinanderliegend derart positioniert, daß das
Einsatzblech 2 lagegenau über der zu verstärkenden Teilfläche 1a
des Trägerblechs 1 fixiert ist. Die dabei verwendeten Halte- und
Spannmittel sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die
Laserstrahleinrichtung ist nur schematisch angedeutet mit einem
Laserstrahlkopf 3 und einer Strahlachse 4. Der Laserstrahl
(Strahlachse 4) ist gegenüber dem Oberflächenlot N um einen
Azimutwinkel ϑ1 geneigt. Die beiden aufeinanderliegenden
Blechteile 1 und 2 werden gleichzeitig durchgetrennt, indem der
Laserstrahl entlang einer geschlossenen, in Fig. 1
kreisförmigen, dem späteren Schweißnahtverlauf entsprechenden
Schnittkurve 5 geführt wird, so daß in beiden Blechteilen 1, 2 ein
schräger Schnittspalt 6 gebildet wird. Wie in Fig. 1
dargestellt, kann die Einfallsebene E des Laser-Schneidstrahles
(Strahlachse 4) um einen Winkel ϕ gegenüber dem radialen
Einheitsvektor R in Bewegungsrichtung voreilend gedreht sein.
Die Einfallsebene E ist definiert durch die Laser-Strahlachse 4
beim Schneiden und deren senkrechte Projektion auf die
Blechebene. Nach Entfernen des abgetrennten Saumes 2a des
Einsatzbleches 2 und des durch die geschlossene Schnittkurve 5
umrandeten Bereichs (Teilfläche 1a) des Trägerbleches 1 werden
die beiden besäumten Blechteile 1b und 2b durch ein zur
Blechebene senkrechtes Verschieben mindestens eines Blechteils,
wie aus Fig. 3 ersichtlich, miteinander in Schnittkanten
berührung gebracht, wodurch der Schnittspalt 6 weitgehend
beseitigt bzw. lediglich ein, z. B. durch Unebenheit der
Schnittkanten bedingter minimaler Fügespalt ensteht.
Die nach Fig. 3 in Schnittkantenberührung befindlichen Blechteile
1b, 2b werden dann mittels eines Laserstrahles hoher
Energiedichte miteinander verschweißt, indem der Laserstrahl
längs der geschlossenen Berührungslinie 7 geführt wird. Als
Ergebnis wird ein ebenes Verbundteil aus Blech erhalten, das auf
einer inneren Teilfläche 2b verstärkt ist und für das Tiefziehen
oder Pressen zu einem spezifischen Bauteil besonders geeignet
ist.
In den Fig. 1-5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der
das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Einsatzblech 2
durchgeführt wird, dessen Dicke größer ist als die Dicke des
Trägerblechs 1, und bei dem das eingeschweißte Einsatzblech 2b
gegenüber dem besäumten Trägerblech 1b beidseitig einen
Höhenversatz x, y (vgl. Fig. 4) aufweist. Hierbei ist der
Azimutwinkel ϑ1 des Laser-Schneidstrahles (Strahlachse 4) in
Abhängigkeit von der Breite d des Schnittspaltes 6, der Dicke D
des Trägerbleches 1 und dem dem Höhenversatz x auf der dem
Laserstrahl abgewandten Blechseite derart gewählt, daß die
Beziehung sin ϑ1 = d/(D+x) mindestens annähernd erfüllt ist.
Wenn es für das spezifische tiefgezogene Bauteil zweckmäßig oder
geboten ist, von einem ebenen, verstärkten Verbundteil
auszugehen, dessen verstärkte Teilfläche 2b mindestens an einer
Seite mit dem Trägerblech 1b bündig ist, dann wird der
Azimutwinkel ϑ1 derart gewählt, daß die Beziehung sin ϑ1 = d/D
mindestens annähernd erfüllt ist. Dies gilt sowohl in dem Fall,
daß das Einsatzblech 2 dicker ist als das Trägerblech 1 und mit
einem dem Laserstrahl zugewandten Höhenversatz y gearbeitet
wird, als auch bei übereinstimmender Dicke beider Blechteile
1, 2, wobei beide Seiten des Trägerblechs 1b mit dem
verstärkenden Einsatzblech 2b bündig sind und ein Einsatzblech 2
mit höherer Festigkeit (Streckgrenze) verwendet ist.
Wie Fig. 3 zeigt, ist der Laserstrahl für das Schweißen (Fügen)
der in Schnittkantenberührung befindlichen Blechteile 1b, 2b ist
auf einer Blechseite mit Höhenversatz y angeordnet, wobei die
Strahlachse 8 einen Azimutwinkel ϑ2 gegenüber dem
Oberflächenlot N hat, der größer ist, vorzugsweise um 2-10
Winkelgrade, als der Azimutwinkel ϑ1 des Laser-Schneidstrahles
(Strahlachse 4).
Beim Schweißen der beiden Blechteile 1b, 2b mit einem
Höhenversatz y lediglich auf der Seite des einfallenden
Laserstrahles und bei beidseitigem Höhenversatz x, y (Fig. 4) ist
es besonders vorteilhaft, wenn der Laser-Schweißstrahl aus einer
zur Einfallsebene E senkrecht polarisierten Strahlung besteht,
die vorzugsweise linear polarisiert ist. Die Einfallsebene E ist
definiert durch die Laser-Strahlachse 8 und deren senkrechte
Projektion auf die Blechebene. Die Einfallsebene E beim
Schweißen ist ersichtlich, wenn in Fig. 1 die Laser-Strahlachse 8
(statt 4) und der Azimutwinkel ϑ2 (statt ϑ1) umbenannt
werden.
Wegen der rauhen, meist gerieften Kantenflächen der beiden
Blechteile 1b, 2b nach dem Laser-Schneiden ist ein Fügespalt von
bis zu ca. 1/10-2/10 mm vorhanden. Wie in Fig. 5 schematisch
vereinfacht dargestellt ist, wird die polarisierte Strahlung in
den Fügespalt 10 hineinreflektiert (eingekoppelt), indem sie
durch Reflexion im Kantenbereich des Höhenversatzes des
Einsatzblechs 2b und durch Vielfachreflexion an den
strukturierten Kantenflächen des Fügespaltes 10 bis in den
tiefen Spaltbereich gelenkt und im Spalt absorbiert wird, mit
der Folge, daß ein sehr hoher Anteil der Laserstrahlenergie in
Schweißwärme umgesetzt wird, so daß die Flanken des Fügespaltes
10 sehr homogen aufgeschmolzen werden. Dabei paßt sich die
Schweißnaht von selbst an die Orientierung des Fügespaltes 10
an, indem im Bereich des Fügespaltes die mittlere Strahlungs
richtung sich an den Azimutwinkel ϑ1 des Laser-Schneidstrahles
annähert, und zwar meist zunehmend mit der Spaltlänge.
Daher ergibt sich eine Schweißnahtgeometrie wie sie in Fig. 6
schematisch dargestellt ist. Durch diese Selbstausrichtung der
Schweißnahtgeometrie ist der Toleranzbereich für den
Azimutwinkel ϑ2 des Laser-Schweißstrahles größer als bei nicht
polarisierter Strahlung und die Schweißnaht verteilt sich
ausreichend gleichmäßig auf die beiden Blechteile 1b und 2b.
Bei einem beidseitigen Höhenversatz des Verbundteiles 1b, 2b kann
durch geeignete Steuerung der Laserintensität, ggf. unter
Verwendung von Zusatzmaterial, die Ausbildung einer beidseitigen
Kehlnaht erzielt werden, so daß eine die Belastbarkeit mindernde
Kerbwirkung vermieden wird und das tiefgezogene Verbund-Bauteil
hohen Kraftflüssen gewachsen ist.
Als Anwendungsbeispiel für ein Tiefziehteil, das aus einem nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten, ebenen, lokal
verstärkten Verbundteil 1b, 2b hergestellt worden ist, zeigt
Fig. 7 einen Kotflügel 11 für ein Kraftfahrzeug mit einer
Aufnahme 12 für ein nicht dargestelltes Federbein. Das
Grundmaterial der verformten Platine (geformtes Trägerblech 1d)
besteht aus der Stahlqualität St 1403 und hat eine Dicke von 1,2 mm.
Der tragende Bereich der Federbein-Aufnahme 12 (geformtes
Einsatzblech 2c) ist ein Z St E 300 P-Blech, das ebenfalls eine
Dicke von 1,2 mm hat. Die geschlossene Schnittkurve und die
dementsprechende Schweißbahn des Laserstrahles beim noch nicht
tiefgezogenen, ebenen, verstärkten Verbundteil 1b, 2b hat
Kreisform, die auch bei der fertigen Federbein-Aufnahme 12
erhalten bleibt (Schweißnaht 13).
Bezugszeichenliste
1 Trägerblech (flächengrößeres Blechteil)
1a Teilfläche von 1
1b besäumtes Trägerblech
1d geformtes Trägerblech
2 Einsatzblech (flächenkleineres Blechteil)
2a Saum
2b besäumtes Einsatzblech
2c geformtes Einsatzblech
3 Laserkopf
4 Laser-Strahlachse
5 Schnittkurve
6 Schnittspalt
7 Berührungslinie
8 Laser-Strahlachse
10 Fügespalt
11 Kotflügel
12 Federbein-Aufnahme
13 Schweißnaht
δ₁ Azimutwinkel
δ₂ Azimutwinkel
ϕ Winkel
N Oberflächenlot
E Einfallsebene
R radialer Einheitsvektor
d Breite des Schnittspaltes
D Dicke von 1
x Höhenversatz
y Höhenversatz
1a Teilfläche von 1
1b besäumtes Trägerblech
1d geformtes Trägerblech
2 Einsatzblech (flächenkleineres Blechteil)
2a Saum
2b besäumtes Einsatzblech
2c geformtes Einsatzblech
3 Laserkopf
4 Laser-Strahlachse
5 Schnittkurve
6 Schnittspalt
7 Berührungslinie
8 Laser-Strahlachse
10 Fügespalt
11 Kotflügel
12 Federbein-Aufnahme
13 Schweißnaht
δ₁ Azimutwinkel
δ₂ Azimutwinkel
ϕ Winkel
N Oberflächenlot
E Einfallsebene
R radialer Einheitsvektor
d Breite des Schnittspaltes
D Dicke von 1
x Höhenversatz
y Höhenversatz
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen von durch Tiefziehen
umgeformten Formkörpern, insbesondere von Karosserieteilen
für Kraftfahrzeuge, bei dem zwei ebene Blechteile
unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlichen
Blechmaterials mittels eines enggebündelten Laserstrahles
hoher Energiedichte zusammengeschweißt und dann als Einheit
durch Tiefziehen geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
auf einem flächengrößeren ebenen Blechteil (Trägerblech 1)
mindestens ein damit zu verschweißendes flächenkleineres
Blechteil (Einsatzblech 2) in der erforderlichen Relativlage
aufeinanderliegend positioniert wird, daß dann die beiden
aufeinanderliegenden Blechteile (1, 2) gleichzeitig auf einer
geschlossenen Schnittkurve (5) durchgetrennt werden, wobei der
hochenergetische Laserstrahl (Strahlachse 4) entlang der
Schnittkurve (5) derart geführt wird, daß er gegenüber dem
Oberflächenlot (N) um einen Azimutwinkel (ϑ1) geneigt ist,
so daß in beiden Blechteilen (1, 2) ein schräger Schnittspalt (6)
entsteht, daß der abgetrennte Saum (2a) des flächenkleineren
Blechteiles (2) und der durch die geschlossene Schnittkurve
(5) umrandete Bereich (Teilfläche 1a) des flächengrößeren
Blechteiles (1) entfernt werden, daß die beiden besäumten
Blechteile (1b, 2b) durch eine zur Blechebene senkrechte
Relativbewegung miteinander in Schnittkantenberührung gebracht
werden, so daß ein minimaler Fügespalt (10) entsteht, und daß
dann die beiden Blechteile (1b, 2b) mittels eines engge
bündelten Laserstrahles hoher Energiedichte miteinander
verschweißt werden und eine auf einer Teilfläche (2b)
verstärkte, ebene Blecheinheit für das Tiefziehen gebildet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einfallsebene (E) des Laserstrahls um einen Winkel (ϕ)
gegenüber dem radialen Einheitsvektor (R) gedreht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Blechteile (1b, 2b) eine
übereinstimmende Dicke (D) haben, daß das flächenkleinere
Blechteil (Einsatzblech 2) aus einem Material mit höherer
Festigkeit (Streckgrenze) als das Material des flächengrößeren
Blechteiles (Trägerblech 1) besteht und daß der Neigungswinkel
(Azimutwinkel ϑ1) des Laser-Schneidstrahles (Strahlenachse 4)
mit Bezug auf das Oberflächenlot (N) in Abhängigkeit von der
Breite (d) des Schnittspaltes (6) derart gewählt wird, daß die
Beziehung sin ϑ1 (d/D) mindestens annähernd erfüllt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das flächenkleinere Blechteil (Einsatzblech 2)
eine größere Dicke hat als das flächengrößere Blechteil
(Trägerblech 1).
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (Azimutwinkel ϑ1) des
Laser-Schneidstrahles (Strahlachse 4) mit Bezug auf das
Oberflächenlot (N) in Abhängigkeit von der Breite (d) des
Schnittspaltes (6) derart gewählt wird, daß die Beziehung
sin ϑ1 = (d/D) mindestens annähernd erfüllt ist und die beiden
Blechteile (1b, 2b) einseitig bündig und auf der dem
Laserstrahl zugewandten Blechseite mit Höhenversatz
miteinander verschweißt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (Azimut
winkel ϑ1) des Laser-Schneidstrahles (Strahlachse 4) mit
Bezug auf das Oberflächenlot (N) in Abhängigkeit von der
Breite (d) des Schnittspaltes (6) derart gewählt wird, daß die
Beziehung sin ϑ1 = (d/D+x) mindestens annähernd erfüllt ist
und die beiden Blechteile (1b, 2b) mit beidseitigem
Höhenversatz (x, y) miteinander verschweißt werden, wobei
bedeuten: D = Dicke des flächengrößeren Bleches (Trägerblech 1),
x = Höhenversatz an der dem Laserstrahl abgewandten
Blechseite, y = Höhenversatz an der dem Laserstrahl
zugewandten Blechseite (Fig. 4).
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser-Schweißstrahl
auf einer einen Höhenversatz (y) aufweisenden Seite der
Blechteile (1b, 2b) angeordnet ist und gegenüber dem
Oberflächenlot (N) mit einem Neigungswinkel (Azimutwinkel ϑ2)
verläuft, der größer ist, als der Neigungswinkel (Azimutwinkel
ϑ1) beim Laser-Schneiden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
4 bis 6, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Laser-Schweißstrahl (Strahlachse 8) aus einer
senkrecht zur Einfallsebene (E) polarisierten Strahlung
besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Laser-Schweißstrahl elliptisch polarisiert oder
vorzugsweise linear polarisiert ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel
(Azimutwinkel ϑ2) gegenüber dem Oberflächenlot (N) beim
Laser-Schweißen (Fügen) um 2 bis 10 Winkelgrad größer,
vorzugsweise um 5 Winkelgrad größer ist als der Neigungswinkel
(Azimutwinkel ϑ1) beim Laser-Schneiden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenkleinere
Blechteil (Einsatzblech 2b) mit beidseitig übereinstimmendem
Höhenversatz (x, y) in das flächengrößere Blechteil
(Trägerblech 1b) eingeschweißt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ebene Blechteile
(1, 2) aus zwei Materialien mit unterschiedlichen
Festigkeitswerten zu einem tiefziehfähigen ebenen Blechelement
(Verbundteil) zusammengeschweißt werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das flächengrößere
Blechteil (Trägerblech 1) aus der Stahlqualität St 1403
besteht und die Dicke 1,2 mm hat und das flächenkleinere
Blechteil (Einsatzblech 2) aus der Stahlqualität ZSte 300 P
besteht und mindestens die Dicke 1,2 mm hat.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in mehreren lokalen
Bereichen des flächengrößeren Blechteiles (Trägerblech 1) ein
flächenkleineres Blechteil (Einsatzblech 2) mit abweichender
Dicke und/oder unterschiedlichem Material eingeschweißt wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden und das
Verschweißen (Fügen) der beiden Blechteile (1, 2) mittels der
gleichen Laserstrahl-Einrichtung durchgeführt wird, jedoch mit
der Maßgabe, daß für den Schneidprozeß eine hohe Strahl
qualität (vorzugsweise TEM00) mit entsprechenden Modenblenden
im Laserresonator und einer entsprechend kurzbrennweitigen
Fokussieroptik mit zugehöriger Schneidgasdüse benutzt wird,
und daß für den Fügeprozeß eine höhere Strahlleistung,
vorzugsweise mit größerem Fokusdurchmesser mit entsprechender
Fokussieroptik und zugehöriger Schweißgasdüse verwendet wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden und das
Verschweißen (Fügen) der Blechteile (1, 2) in der gleichen
Bearbeitungsstation erfolgt mit einer Umrüstung lediglich der
Modenblenden, der Laserleistung, der Fokussieroptik und der
Prozeßgasdüsen.
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DE4104256A DE4104256A1 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Verfahren zum herstellen von durch tiefziehen umgeformten formkoerpern, insbesondere von karosserieteilen fuer kraftfahrzeuge |
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ID=6424900
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