DE4207016C2 - Laser-Schweißvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Werkstücke mittels einer durch Laserstrahlung erzeugten Schweißnaht, die einen Dauerstrich-Hochleistungslaser aufweist, dessen Fokussierkopf beweglich gelagert ist, und der mit einer Klemmanordnung zum Zusammenpressen der Bördelränder der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke 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 ein Fokussierspiegel enthalten ist. Der Fokussierspiegel sorgt dafür, daß der Laserstrahl beim Auftreffen auf die Bearbeitungsstelle der Werkstücke einen bestimmten Durchmesser nicht überschreitet.

Sofern die zu bearbeitenden Werkstücke, z. B. zwei mit einander 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 Auftreffläche, so daß ungleichmäßige Schweißnähte entstehen.

So beschreibt beispielsweise die JP-A 60-106684 A eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen zwei nebeneinanderliegender 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. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es jedoch nur möglich, Stumpfschweißnähte in Werkstücken herzustellen, die in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung liegen.

Sofern die miteinander zu verbindenden Ränder zweier Werkstücke auch noch unter einem Winkel zum Werkstück selbst abgebogen sind, so daß sie z. B. Bördelränder bilden, führen auch 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, mit der nicht nur der Abstand zwischen der zu erzeugenden Schweißnaht und dem Fokussierkopf konstant gehalten wird, sowie der Abstand der Schweißnaht von einem vorgegebenen Bereich des Werkstücks konstant gehalten wird, sondern auch der Abstand der beiden miteinander zu verschweißenden Bereiche des hintereinander liegenden Werkstücke konstant gehalten wird, um so eine gleichmäßige Schweißnaht hoher Qualität zu erzielen.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Klemmanordnung aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten drehbeweglich gelagerten Ringen besteht, deren Außenränder sich auf je einem der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke abstützen und deren Innenränder mit Flanschen versehen sind, die sich auf mehreren Rollen abstützen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß zum einen der Abstand zwischen dem Fokussierkopf und der Schweißnaht der beiden zu bearbeitenden Werkstücke konstant gehalten wird sowie der Abstand zwischen dieser Naht und einem vorgegebenen Bereich der Werkstücke und ferner der Abstand der beiden Werkstücke voneinander, z. B. der beiden abgebogenen Ränder zweier Blechteile, wie es im Karosseriebau häufig erforderlich ist, so daß keine Schwachstellen der zu erzeugenden Schweißnaht auf Grund von Oberflächenunebenheiten bzw. ungleichmäßig gewellten Bördelrändern auftreten können.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Einsatz.

In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bezeichnet 1 einen Fokussierkopf, der mit einem nicht dargestellten Dauerstrich-Hochleistungslaser verbunden ist. Dieser Fokussierkopf richtet entlang seiner Längsachse 2 eine Laserstrahlung 3 auf die beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke 4, 5, welche durch einen ebenfalls nicht dargestellten Fokussierspiegel derart fokussiert wird, daß sie an der Auftreffstelle eine Schweißnaht 6 geringen Durchmessers erzeugt.

Bei den in den beiden Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die miteinander zu verbindenden Werkstücke 4, 5 jeweils einen abgebogenen Rand auf, wobei diese beiden Ränder einander zugewandt sind und durch die Schweißnaht 6 miteinander verbunden werden sollen. Um nun einen gleichmäßigen Abstand des Fokussierkopfes 1 von der Schweißnaht 6 zu gewährleisten, sowie einen gleichmäßigen Abstand der Schweißnaht 6 von einem gegebenen Bereich des Werkstückes 4 und zugleich einen gleichmäßigen Abstand zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Rändern, ist nun erfindungsgemäß eine Klemmanordnung vorgesehen, die die beiden Ränder zusammenpreßt, wobei die Vorrichtung nach Fig. 1 eine Überlappnaht am Bördel und die Vorrichtung nach Fig. 2 eine Bördelnaht erzeugt.

Diese Klemmanordnung besteht aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten drehbeweglich gelagerten Ringen 14, 24, deren Außenränder sich auf den miteinander zu verbindenden Rändern der Werkstücke 4, 5 abstützen, und deren Innenränder mit Flanschen 16, 26 versehen sind, die sich auf mehreren Rollen 11, 12 (wobei für jeden Ring nur zwei Rollen dargestellt sind) abstützen.

Es können für jeden Ring drei, vier oder auch mehr Rollen vorgesehen sein, wobei die Achsen sämtlicher Rollen eines Ringes auf einem konzentrischen Kreis liegen, so daß sich die Innenflansche 15, 26 der beiden Ringe 14, 24 in den Außennuten 16, 25 der zugehörigen Rollen 11, 12 bzw. 22, 23 abstützen und die Ringe 14, 24 frei drehbar sind.

Fig. 1 läßt ferner erkennen, daß der eine Ring 14 der Klemmmanordnung unter einem derartigen Winkel zum Fokussierkopf 1 angeordnet ist, daß die Laserstrahlung 3 das Innere des Ringes durchsetzen kann, um die Schweißnaht 6 zu erzeugen. Der Tragarm 10, an dem die Achsen der zugehörigen Rollen für den Ring 14 befestigt sind sowie der Tragarm 21, an dem die Achsen der zugehörigen Rollen für den Ring 24 befestigt sind, schließen jeweils einen Winkel mit der die Schweißnaht durchsetzenden Ebene 7 von etwa 40 bis 50° ein und miteinander einen Winkel von etwa 80 bis 100°.

Da sich die beiden Ringe 14, 24 auf den gegenüberliegenden Seiten der abgebogenen Ränder der Werkstücke 4, 5 abstützen und diese Ränder einklemmen, muß, um ein fertiggeschweißtes Werkstück entnehmen und zwei neue Werkstücke einlegen zu können, eine Öffnung der durch die beiden Ringe 14, 24 gebildeten Klemmanordnung ermöglicht werden. Zu diesem Zweck sind die beiden der Schweißnaht zugewandten Enden der Tragarme 10, 21 gelenkig mit einem Verbindungsbolzen 28 verbunden und die anderen Enden der beiden Tragarme 10, 21 mit einem sich spreizenden Bauteil 27, z. B. einer Druckfeder, einem pneumatischen oder einem hydraulischen Druckzylinder, verbunden. Unter der Voraussetzung, daß der Tragarm 10 fest mit dem Fokussierkopf 1 verbunden ist, und der Tragarm 21 vom Tragarm 10 getragen wird, genügt ein nach oben gerichteter Druck entgegen der Wirkung der Druckfeder 27 auf den Tragarm 21, um diesen um den Bolzen 28 zu verschwenken, so daß der am abgebogenen Rand des Werkstücks 5 anliegende Ring 24 vom Werkstück entfernt und dieses ausgewechselt werden kann.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Klemmanordnung, wobei jedoch hier der Fokussierkopf 1 dergestalt angeordnet ist, daß die auftreffende Laserstrahlung 3 den Spalt zwischen den beiden abgebogenen Rändern der Werkstücke 4 und 5 trifft, so daß die Schweißnaht 6 symmetrisch ausgebildet wird. Anstelle des Tragarmes 21 ist hier der Tragarm 10 drebeweglich angeordnet, und zwar gegen die Wirkung einer Druckvorrichtung 27, wobei anstelle einer Druckfeder auch ein Hydraulikzylinder oder ein Pneumatikzylinder verwendet werden kann.

Voraussetzung für das einwandfreie Funktionieren bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es, daß die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 4, 7 rechtwinklig zum Laserstrahl beweglich angeordnet sind, wie es durch den Pfeil 13 angedeutet ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hingegen ist es erforderlich, daß der (nicht dargestellte) Fokussierspiegel innerhalb des Fokussierkopfes zum letzten Umlenkspiegel linear verschiebbar ist.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Werkstücke mittels einer durch die Laserstrahlung erzeugten Schweißnaht, die einen Dauerstrich-Hochleistungslaser aufweist, dessen Fokussierkopf beweglich gelagert ist, und der mit einer Klemmanordnung zum Zusammenpressen der Bördelbänder der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmanordnung aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten, drehbeweglich gelagerten Ringen (14, 24) besteht, deren Außenränder sich auf je einem der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke (4, 5) abstützen, und deren Innenränder mit Flanschen (16, 26) versehen sind, die sich auf mehreren Rollen (11, 12, 22, 23) abstützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (11, 12, 22, 23) eines jeden Ringes (14, 24) auf Achsen gelagert sind, die auf einem konzentrisch zu ihm angeordneten Kreis liegen, wobei sich die Achsen jeweils auf einem Tragarm (10, 21) abstützen, daß die Tragarme (10, 21) an einem Ende über einen Drehzapfen (28) gelenkig miteinander verbunden sind, und daß die Tragarme (10, 21) an ihren gegenüberliegenden Enden mit einem sie spreizenden Bauteil (27) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (10, 21) derart zum Fokussierkopf (1) ausgerichtet sind, daß die Laserstrahlung (3) einen der Ringe (14, 24) durchsetzt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (10, 21) derart zum Fokussierkopf (1) ausgerichtet sind, daß die Laserstrahlung (3) in etwa der Ebene verläuft, die durch die Winkelhalbierende des durch die beiden Tragarme (10, 21) eingeschlossenen Winkels gebildet wird.