DE4328515A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißkonstruktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißkonstruktion aus Profilstäben, insbesondere von Rahmen für Fenster, Türen, Fassaden oder dergleichen, aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit einem die Oberfläche schützenden Überzug in Form beispielsweise einer Oberflächenveredelung, einer Oxidhaut oder einer Oberflächenbeschichtung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren sind z. B. in Aluminium-Taschenbuch, 12. Auflage, Aluminium-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1963 beschrieben. Da die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigt wird, wenn auf die Oberfläche aufgetragene Stoffe in den Schmelzfluß gelangen, werden nicht nur die Schweißnähte, sondern insgesamt die durch Verschweißen gefertigten Konstruktionen aus Profilstäben erst nach dem Schweißprozeß einer Oberflächenbehandlung unterzogen, die z. B. dem Schutz der Profilstäbe gegen Verschleiß und Korrosion dient. Dazu werden die chemische oder anodische Oxydation, das Galvanisieren oder Tauch- und Sudverfahren angewendet, bei denen die Konstruktion in Tauchbädern mit einem Überzug versehen wird. Die Handhabung der kompletten Schweißkonstruktion ist meist erheblich schwieriger als der Umgang mit einzelnen Profilstäben. Im Ergebnis sind solche Schweißverfahren für die Herstellung der Eckverbindungen an Rahmen für Fenster, Türen, Fassaden oder dergleichen weitgehend ersetzt worden durch Eckwinkelverbindungen, deren Nachteile, wie hoher Montageaufwand, Korrosionsanfälligkeit, unsichere Dichtigkeit und dergleichen, man notgedrungen in Kauf genommen hat.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem nicht erst die fertige Schweißkonstruktion insgesamt mit dem schützenden Überzug versehen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Profilstäbe verwendet werden, die schon als Halbzeug mit dem Überzug versehen worden sind, und daß nach dem Verschweißen der Profilstäbe die Oberfläche der Schweißnaht sowie von Randstreifen, welche die Schweißnaht beidseits auf der Oberfläche der Profilstäbe begleiten und in welchen vor oder während des Schweißens der Überzug beseitigt oder zerstört worden ist, mit einem Laserstrahl behandelt und dabei mit einem dicht an den außerhalb der Randstreifen verbliebenen Überzug anschließenden neuen Überzug versehen wird.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht hauptsächlich darin, daß nach dem Verschweißen nicht mehr die komplette Oberfläche der gefertigten Konstruktion behandelt werden muß, sondern nur noch ein in seiner Ausdehnung auf die Randstreifen beschränktes Gebiet mit dem Überzug beschichtet zu werden braucht. Wichtig ist dabei, daß die thermische Belastung der Profilstäbe außerhalb dieses Gebietes sehr gering ist und die schon mit einem schützenden Überzug versehene Oberfläche der Profilstäbe in ihrer Beschaffenheit außerhalb der Randstreifen daher nicht beeinträchtigt wird, wenn der neue Überzug dicht anschließend an den schon vorhandenen Überzug aufgebracht wird.

Im allgemeinen wird man das Verfahren so ausführen, daß bei dieser Behandlung die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen mit einem Zusatzmittel beschichtet wird. Dies kann geschehen, indem die Oberfläche lokal durch den Laserstrahl erhitzt wird und dabei die vorher aufgetragenen oder beim Schmelzen zugeführten Zusatzmittel auf die Oberfläche zur Erhöhung der Korrosions- oder Verschleißfestigkeit aufgeschmolzen werden.

Wesentlich ist auch, daß der außerhalb der Randstreifen gelegene ursprüngliche Überzug unbeschädigt den Verfahrensschritt erreicht, in dem erneut der neue Überzug auf Schweißnaht und die Randstreifen aufgetragen wird. Dies bedeutet, daß beim Verschweißen und beim evtl. vor dem Verschweißen erfolgenden Entfernen des Überzugs in den Randstreifen, der verbleibende Überzug nicht beeinträchtigt werden darf. Vorteilhaft und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt ist es daher, den ursprünglichen Überzug in den Randstreifen durch einen zweiten Laserstrahl zu beseitigen, insbesondere die Profilstäbe bei einer Stoßverbindung zwischen stumpf aneinanderstoßenden Verbindungsflächen von zwei an ihren Seitenflächen den Überzug aufweisenden Profilstäben vor der Oberflächenbehandlung mit dem ersten Laserstrahl von einem entlang der Stoßfuge zwischen den Verbindungsflächen geführten zweiten Laserstrahl auf der diesem Laserstrahl zugekehrten Profilseitenfläche im Bereich der an die Stoßfugen anschließenden Randstreifen von dem Überzug zu befreien und durch einen auf derselben Profilseitenfläche dem zweiten Laserstrahl nachgeführten dritten Laserstrahl miteinander längs der Stoßfuge zu verschweißen.

Die zum Entfernen des Überzuges und zum Schweißen eingesetzten Laserstrahlen lassen sich ebenso präzise führen wie der zur Oberflächenbehandlung an den Schweißnähten und dem Randstreifen eingesetzte Laserstrahl. Die thermische Belastung durch diese Laserstrahlen ist wiederum räumlich eng begrenzt, so daß der ursprüngliche Überzug auf der außerhalb gelegenen Oberfläche der Profilstäbe durch diese Laserstrahlen nicht beschädigt wird und unbeeinträchtigt den Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung nach dem Schweißen erreicht.

Das Verfahren kann so ausgeführt werden, daß durch den zweiten Laserstrahl die Randstreifen an beiden Profilstäben gleichzeitig vom Überzug befreit werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine relativ zu den Profilstäben längs der Schweißnaht verstellbare Lasereinrichtung aus drei in Verstellrichtung hintereinander angeordneten Lasern, die hinsichtlich Leistung und Fokussierung ihres Laserstrahls unabhängig voneinander einstellbar sind, wobei der in Verstellrichtung voranlaufende Laser der Überzugbeseitigung an den Randstreifen, der nachlaufende Laser der Verschweißung der Profilstäbe und der letzte Laser zur Nachbehandlung der Oberfläche von Schweißnaht und Randstreifen dient.

Vorzugsweise sind die Laser an einem in Verstellrichtung verfahr- oder verschiebbar geführten und antreibbaren Bearbeitungsaggregat angeordnet. Soweit Zusatzmittel bei einem Verfahrensschritt zur Anwendung kommen, ist es vorteilhaft, am Bearbeitungsaggregat Einrichtungen zur Halterung und Zustellung der Zusatzmitteln vorzusehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine nach der Erfindung hergestellte oberflächenbehandelte Schweißnaht an einer Eckverbindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung; und

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ebenfalls in schematischer Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt die Ecke eines im übrigen nicht dargestellten Rahmens aus zwei Profilstäben 1, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Die beiden Profilstäbe 1 besitzen in der Rahmenecke auf Gehrung geschnittene Verbindungsflächen 2. Die Profilstäbe 1 sind an ihren Profilseitenflächen 3 im allgemeinen mit einem dünnen Überzug 4 bedeckt, der eine dünne natürliche Oxidhaut sein kann, zumeist aber durch spezielle Oberflächenbehandlung oder -beschichtung hergestellt wird. Die Profilstäbe 1 sind in der Regel als Hohlprofilstäbe ausgebildet und der Einfachheit wegen als kastenförmig angenommen, was aber in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist.

An beiden Profilstäben 1 ist in jeweils einem Randstreifen 5, der parallel zur Stoßfuge 6 zwischen den Verbindungsflächen 2 verläuft und unmittelbar an diese Stoßfuge 6 anschließt, der dort vorhandene Überzug 4 entfernt, damit beim anschließenden Schweißvorgang von diesem Überzug 4 keine Reste zurückbleiben, welche in den Schmelzfluß gelangen und dadurch die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen könnten. Im einzelnen wird der Überzug 4 in den Randstreifen 5 durch einen in Verstellrichtung geneigt gegen die Randstreifen 5 gerichteten, in Fig. 2 durch den Pfeil 7 angedeuteten Laserstrahl 8 entfernt, der entlang den Randstreifen 5 geführt wird. Diesem Laserstrahl 8 läuft in Verstellrichtung ein Laserstrahl 9 nach, der den Schweißvorgang bewirkt, also im Schweißbereich das Metall der Profilstäbe 1 aufschmilzt und dadurch die Schweißverbindung in bekannter Weise zustande kommen läßt.

Die nun vorhandene Verbindung zweier Profilstäbe 1 zeigt eine Schweißnaht, bei der sich an beiden Seiten die von dem Überzug 4 befreiten Randstreifen 5 befinden. Nach dem Verschweißen wird die Oberfläche der Schweißnaht und der beiden sie begleitenden Randstreifen 5 in passender Weise nachbehandelt, was im Rahmen der Erfindung mit einem Laserstrahl 10 erfolgt. Dabei wird die Oberfläche mit einem an die Ränder des außerhalb der Randstreifen 5 verbliebenen Überzugs 4 dicht anschließenden neuen Überzug 4 versehen. Der Laserstrahl 10 ermöglicht es auch, im Rahmen dieser Nachbehandlung die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen 5 mit einem Zusatzmittel zu beschichten. Diese den Schweißbereich abdeckende Beschichtung ist in Fig. 2 mit 11 bezeichnet.

Fig. 3 läßt den Aufbau einer für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung erkennen. Die zu verschweißenden Profilstäbe 1 sind in nicht näher dargestellter Weise auf einer geeigneten Unterlage 12 gehalten. An einer oberhalb dieser Unterlage 12 angeordneten Führungseinrichtung 13 ist ein Bearbeitungsaggregat 14 in Richtung des in Fig. 3 eingetragenen Doppelpfeils 15, und zwar in Richtung der zwischen den Profilstäben 1 herzustellenden Schweißnaht, verschiebbar geführt und durch Vorschubeinrichtungen, die nicht dargestellt sind, antreibbar, so daß der gesamte Bearbeitungsvorgang im wesentlichen automatisch ablaufen kann. An dem Bearbeitungsaggregat 14 ist ein in Schweißrichtung voranlaufender Laser 16 angeordnet, der zur Befreiung der Randstreifen 5 von dem Überzug 4 dient. Diesem Laser 16 ist nachgeordnet ein nachlaufender Laser 17, der dem Verschweißen der beiden Profilstäbe 1 dient. Diesem Laser 17 folgt ein letzter Laser 18 zur erfindungsgemäßen Nachbehandlung bzw. Beschichtung der Oberflächen von Schweißnaht und Randstreifen 5. Die Leistung und die Fokussierung der Laserstrahlen 8, 9, und 10 dieser drei Laser 16, 17, 18 sind unabhängig voneinander einstellbar, so daß die Eigenschaften jedes dieser drei Laserstrahlen 8, 9, 10 für die ihm jeweils zugeordnete Bearbeitungsaufgabe optimal gewählt werden können. Soweit beim Schweißen oder Nachbehandeln Zusatzmittel zum Einsatz kommen sollten, können für diese geeignete Einrichtungen zur Halterung und Zustellung am Bearbeitungsaggregat 14 vorgesehen sein, was in der Schemazeichnung aber nicht weiter dargestellt ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schweißkonstruktion aus Profilstäben, insbesondere für Rahmen von Fenster, Türen und Fassaden, aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit einem die Oberfläche schützenden Überzug (4) in Form beispielsweise einer Oberflächenveredelung, einer Oxidhaut oder einer Oberflächenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Profilstäbe (1) verwendet werden, die schon als Halbzeug mit dem Überzug (4) versehen worden sind, und daß nach dem Verschweißen der Profilstäbe (1) die Oberfläche der Schweißnaht sowie von Randstreifen (5), welche die Schweißnaht beidseits auf der Oberfläche der Profilstäbe (1) begleiten und in welchen vor oder während des Schweißens der Überzug (4) beseitigt oder zerstört worden ist, mit einem Laserstrahl (10) behandelt und dabei mit einem dicht an den außerhalb der Randstreifen (5) verbliebenen Überzug (4) anschließenden neuen Überzug (4) versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Behandlung mit dem Laserstrahl (10) die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen (5) unter Verwendung von Zusatzmitteln beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche lokal durch den Laserstrahl (10) erhitzt wird und dabei die zugeführten Zusatzmittel auf die Oberfläche zur Erhöhung der Korrosions- oder Verschleißfestigkeit aufgeschmolzen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ursprüngliche Überzug (4) in den Randstreifen (5) durch einen zweiten Laserstrahl (8) beseitigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Stoßverbindung zwischen stumpf aneinander stoßenden Verbindungsflächen (2) von zwei an ihren Seitenflächen (3) den Überzug (4) aufweisenden Profilstäben (1), die Profilstäbe (1) vor der Oberflächenbehandlung mit dem ersten Laserstrahl (10) von dem entlang der Stoßfuge (6) zwischen den Verbindungsflächen (2) geführten zweiten Laserstrahl (8) auf der diesem Laserstrahl (8) zugekehrten Profilseitenfläche (3) im Bereich der an die Stoßfuge (6) anschließenden Randstreifen (5) von dem Überzug (4) befreit und durch einen auf derselben Profilseitenfläche (3) dem zweiten Laserstrahl (8) nachgeführten dritten Laserstrahl (9) miteinander längs der Stoßfuge (6) verschweißt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den zweiten Laserstrahl (8) die Randstreifen (5) an beiden Profilstäben (1) gleichzeitig vom Überzug (4) befreit werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine relativ zu den Profilstäben (1) längs der Schweißnaht verstellbare Lasereinrichtung aus drei in Verstellrichtung hintereinander angeordneten Lasern (16, 17, 18), die hinsichtlich Leistung und Fokussierung ihres Laserstrahls (8, 9, 10) unabhängig voneinander einstellbar sind, wobei der in Verstellrichtung voranlaufende Laser (16) der Überzugbeseitigung an den Randstreifen (5), der nachlaufende Laser (17) der Verschweißung der Profilstäbe (1) und der letzte Laser (18) zur Nachbehandlung der Oberflächen von Schweißnaht und Randstreifen (5) dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser (16, 17, 18) an einem in Verstellrichtung verfahr- oder verschiebbar geführten und antreibbaren Bearbeitungsaggregat (14) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Bearbeitungsaggregat (14) Einrichtungen zur Halterung und Zustellung der Zusatzmittel vorgesehen sind.