DE4207011C2 - Laser-Schweißvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden der abgebogenen Ränder zweier Werkstücke mittels einer durch Laserstrahlung erzeugten Schweißnaht, die einen Dauerstrich-Hochleistungslaser aufweist, dessen Fokussierkopf beweglich gelagert ist, und der mit einer Abtastanordnung zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes zwischen Fokussierkopf und Schweißnaht versehen ist.

Es sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, mit denen unter Einsatz eines hochenergetischen Laserstrahles Werkstücke bearbeitet, z. B. miteinander verschweißt werden können. Der Laserstrahl wird dabei in einem Dauerstrich-Hochleistungslaser erzeugt und nach Umlenkung durch mehrere Umlenkspiegel einem Fokussierkopf zugeführt, in dem eine Fokussiereinrichtung enthalten ist. Diese sorgt dafür, daß der Laserstrahl beim Auftreffen auf die Bearbeitungsstelle der Werkstücke einen bestimmten Durchmesser nicht überschreitet.

So beschreibt beispielsweise die JP-A-60-106684 A eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen zweier nebeneinander liegender Werkstücke, wobei zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen Schweißnaht und Fokussierkopf zwei beidseits der Schweißnaht und unter einem Winkel zur Längsachse der Laserstrahlung angeordnete Andruckräder vorgesehen sind. Damit jedoch der Laserstrahl genau dem Berührungsspalt der beiden Werkstücke folgen kann, muß eine eigene Führungseinrichtung für die Werkstücke vorgesehen werden.

Sofern die zu bearbeitenden Werkstücke, z. B. zwei miteinander zu verschweißende Bleche, keinen gleichmäßigen Abstand vom Ende des Fokussierkopfes aufweisen, sei es aufgrund von Vibrationen oder von Oberflächenunregelmäßigkeiten, variiert auch der Durchmesser des Laserstrahls an der Auftrefffläche, so daß ungleichmäßige Schweißnähte entstehen.

Sofern die miteinander zu verbindenden Ränder zweier Werkstücke unter einem Winkel zum Werkstück selbst abgebogen sind, so daß sie z. B. Bördelränder bilden, führen Vibrationen in einer Ebene, die senkrecht zur Laserstrahlung durch die Schweißnaht verläuft, zu Unregelmäßigkeiten im parallelen Verlauf der Schweißnaht zum Bördelrand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die sowohl einen gleichbleibenden Abstand der Bearbeitungsstelle, d. h. der Schweißnaht der abgebogenen Ränder der Werkstücke vom Fokussierkopf gewährleistet, als auch dafür sorgt, daß die Verschiebungen der zu erzeugenden Schweißnaht quer zur Längsachse der Laserstrahlung auf ein Minimum reduziert sind.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Abtastanordnung aus einem unter einem Winkel zur Achse der Laserstrahlung angeordneten drehbeweglich gelagertem Ring besteht, dessen Außenrand sich auf einem der Ränder der miteinander zu verbindenden Werkstücke abstützt und dessen Innenrand mit einem Flansch versehen ist, der sich auf mehreren Rollen abstützt, und daß der Ring derart angeordnet ist, daß die Laserstrahlung den Innenraum des Ringes durchsetzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß bei der Herstellung von Schweißnähten an den abgebogenen Rändern zweier benachbarter Bauteile, wie z. B. Tankhälften, Fensterrahmen, Türsäulen etc., zum einen der Abstand zwischen der Schweißnaht und dem Fokussierkopf konstant bleibt, und zum anderen der Abstand zwischen Schweißnaht und Biegekante des abgebogenen Randes, und zwar sowohl bei Innen- wie auch bei Außenradien des Bördelrandes, wie sie z. B. bei Fensterausschnitten an Kraftfahrzeugkarosserien oder Waschmaschinen auftreten. Ein einziger Ring, der unter einem Winkel zur Achse der Laserstrahlung derart angeordnet ist, daß diese das Ringinnere durchsetzt, reicht aus, um schnell, sauber und kostengünstig Schweißnähte herstellen zu können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Einsatz und

Fig. 2 eine Seitenansicht eines auf drei Rollen gelagerten Ringes.

In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Insbesondere ist in Fig. 1 mit 1 schematisch der Fokussierkopf einer Laser-Schweißvorrichtung bezeichnet, welcher mit einem nicht dargestellten Dauerstrich-Hochleistungslaser verbunden ist, der eine Laserstrahlung 3 erzeugt, die am Auftreffpunkt 6 zweier miteinander zu verschweißender Bauteile 4, 5 eine Schweißnaht erzeugt. Mit 2 ist die Längsachse des Fokussierkopfes 1 bezeichnet und mit 7 die Ebene, die parallel zu den beiden abgebogenen, parallel nebeneinander gelegten Rändern der miteinander zu verbindenden Bauteile 4, 5 verläuft.

Um nun den Abstand zwischen dem Laserkopf 1 und der Ebene 7 und damit der Schweißnaht 6 unabhängig von Dickenvariationen der Ränder der beiden Bauteile 4, 5 oder Schwingungen derselben in Richtung des Pfeiles 9 konstant zu halten und zugleich den Abstand der Schweißnaht 6 vom Bauteil 4, d. h. dem nichtabgebogenen Bereich dieses Bauteils, konstant zu halten, ist der Fokussierkopf 1 mit einem Tragarm 10 fest verbunden, der in nicht dargestellter Weise z. B. mit ihm verschraubt ist und dessen unteres Ende unter einem Winkel zur Längsachse 2 des Fokussierkopfes 1 angeordnet ist. Dieses untere Ende des Tragarms 10 trägt nun die Achsen mehrerer Rollen 11, 12, 13, die auf einem Kreisring liegen. Jede Rolle ist mit einer Nut 16 versehen, in welcher der Innenflansch 15 eines Ringes 14 eingreift, welcher dergestalt durch die drei Rollen 11, 12, 13 getragen wird. Anstelle dreier Rollen können auch vier Rollen vorgesehen sein, wobei auch die Achse der vierten Rolle auf dem zum Ring 14 konzentrischen Kreis liegt.

Der Tragarm 10 mit den Rollen 11, 12, 13 und dem darauf gelagerten Ring 14 ist derart unter einem Winkel von vorteilhafterweise 40-45° zur Ebene 7, in welcher die zu erzeugende Schweißnaht 6 enthalten ist, am Fokussierkopf 1 angeordnet, daß sich der Außenrand des Ringes 14 auf dem zu bearbeitenden Werkstück 4 abstützt. Die Laserstrahlung 3 durchsetzt dabei das Innere des Ringes 4, da der Abstand zweier benachbarter Rollen 11, 12; 12, 13 bzw. 13, 11 voneinander größer ist als der Durchmesser der Laserstrahlung, so daß sich der auf dem abgebogenen Rand des Werkstücks 4 abstützende Teil des Ringes 14 zwischen der Schweißnaht 6 und dem nichtabgebogenen Bereich des Werkstücks 4 befindet.

Da der Ring 14 unter einer gewissen Druckbeaufschlagung in Richtung des Pfeiles 9 sich auf dem abgebogenen Rand des oberen Werkstückes 4 abstützt, das zugleich mit einer gewissen Kraftbeaufschlagung entgegen der Pfeilrichtung 8 an dem Ring 14 anliegt, wird gewährleistet, daß zum einen eine gleichmäßig dicke Schweißnaht 6 entsteht und zum anderen ein gleich großer Abstand zwischen der Schweißnaht 6 und dem nichtabgebogenen Bereich des Werkstückes 4. Der Ring 14, der mit seinem Innenflansch 15 in die Außennuten 16 der Rollen 11, 12, 13 eingreift, kann durch entsprechend radial bewegliche Ausgestaltung einer oder mehrerer Rollen leicht ausgewechselt werden, so daß die Vorrichtung an unterschiedliche Anforderungen zur Herstellung von Schweißnähten zweier dauerhaft miteinander zu verbindender Werkstücke anpaßbar ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden der abgebogenen Ränder zweier Werkstücke mittels einer durch Laserstrahlung erzeugten Schweißnaht, die einen Dauerstrich-Hochleistungslaser aufweist, dessen Fokussierkopf beweglich gelagert ist, und der mit einer Abtastanordnung zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes zwischen Fokussierkopf und Schweißnaht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung aus einem unter einem Winkel zur Achse der Laserstrahlung angeordneten, drehbeweglich gelagerten Ring besteht, dessen Außenrand sich auf einem der Ränder der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke abstützt, und dessen Innenrand mit einem Flansch versehen ist, der sich auf mehreren Rollen abstützt, und daß der Ring derart angeordnet ist, daß die Laserstrahlung den Innenraum des Ringes durchsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung drei Rollen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung vier Rollen aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Rollen auf einem zum Ring konzentrischen Kreis angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier benachbarter Rollen größer ist als der Durchmesser der Laserstrahlung.