DE4328516A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Stoßverbindung von zwei Profilstäben aus Metall, inbes. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stoßverbindung zwischen stumpf aneinander stoßenden Verbindungsflächen von zwei an ihren Seitenflächen einen Überzug in Form beispielsweise einer Oberflächenveredelung, einer Oxidhaut oder einer Oberflächenbeschichtung aufweisenden Profilstäben aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch Schweißen, insbesondere einer Eckverbindung an Rahmen von Fenstern, Türen, Fassaden oder dergleichen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren dieser Art sind beispielsweise aus "Aluminium- Taschenbuch" 12. Auflage, Aluminium-Verlag GmbH Düsseldorf 1963, Seite 503 als sogenanntes Abbrenn- Stumpfschweißen bekannt. Die in Klemmbacken eingespannten Profilstäbe werden mit ihren Verbindungsflächen bis zum Zünden eines Lichtbogens aneinandergebracht, der unter Ausgleich des Abbrennverlustes gehalten wird. Dabei wird die Oxidhaut an den Verbindungsflächen zerstört. Nach beendeter Abbrennzeit werden die Profilstäbe in Kontakt gebracht und zusammengestaucht. Dabei werden Oxidreste seitlich herausgequetscht und eine einwandfreie Schweißverbindung erreicht. Jedoch ist ein solches Schweißverfahren aufwendig und teuer und erfordert umständliche und zeitraubende Nachbearbeitung des Schweißbereichs. Eine Oberflächenbehandlung kann erst an den fertig verschweißten und nachbearbeiteten Profilstäben vorgenommen werden, was ebenfalls von Nachteil ist. Im Ergebnis sind solche Schweißverfahren für die Herstellung der Eckverbindungen an Rahmen für Fenster, Türen, Fassaden oder dergleichen in der Praxis inzwischen weitgehend ersetzt worden durch Eckwinkelverbindungen, deren Nachteile, wie hoher Montageaufwand, Korrosionsanfälligkeit, unsichere Dichtigkeit und dergleichen, man notgedrungen in Kauf genommen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es einfach und schnell ausgeführt werden kann und keine umständlichen Nachbearbeitungen des Schweißbereichs erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Profilstäbe von einem entlang der Stoßfuge zwischen den Verbindungsflächen geführten ersten Laserstrahl auf der diesem Laserstrahl zugekehrten Profilseitenfläche in einem an die Stoßfuge anschließenden Randstreifen von dem Überzug befreit und durch einen auf derselben Profilseite dem ersten Laserstrahl nachgeführten zweiten Laserstrahl miteinander verschweißt werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen vor allem darin, daß durch die Entfernung des Überzugs an den Randstreifen keine Oxidreste oder andere Rückstände von Oberflächenschichten, wie Lack, Eloxal usw. die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen können. Flußmittel beim Schweißvorgang sind nicht erforderlich, so daß auch alle Arbeiten zu ihrer nachträglichen Entfernung entfallen. Auch Nachbearbeiten der Schweißverbindung erübrigt sich in der Regel, da der durch den zweiten Laserstrahl bewirkte Schweißvorgang durch passende Einstellung der Leistung und Fokussierung des Laserstrahls genau gesteuert werden kann. Allerdings darf der erste, nur der Beseitigung der Oxidhaut und etwaiger Oberflächenschichten in den Randstreifen dienende Laserstrahl nicht auch schon zum Aufschmelzen der Profilstäbe im späteren Schweißbereich führen. Da die thermische Belastung der Profilstäbe durch die Laserstrahlen räumlich eng begrenzt und daher insgesamt sehr gering ist, können die Profilstäbe schon vor ihrer Verbindung in jeweils gewünschter Weise oberflächenbehandelt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die dadurch gewonnene Oberflächenschicht und -beschaffenheit außerhalb der Randstreifen durch das Schweißverfahren wieder beeinträchtigt werden könnte.

Im allgemeinen wird man das Verfahren so ausführen, daß durch den ersten Laserstrahl die Randstreifen an beiden Profilstäben gleichzeitig vom Überzug befreit werden. Soweit die Verbindungsflächen an den Profilstäben im wesentlichen quer zu den Profilseitenflächen verlaufen, wird man im allgemeinen die Verbindungsflächen durch Abtrennen, insbesondere Absägen, der Profilstäbe von der laufenden Profillänge gewinnen, so daß die Verbindungsflächen blank, also frei von Überzügen sind. Man sollte dann nur darauf achten, daß die Zeitspanne zwischen dem Herstellen der oxidhhautfreien Verbindungsflächen und dem Verschweißen der Profilstäbe so kurz ist, daß sich an den Verbindungsflächen keine neuen Oxidhäute bilden können. Handelt es sich dagegen um eine Stoßverbindung, bei der die Verbindungsfläche des einen Profilstabes in einer seiner Profilseitenflächen liegt, so muß der Überzug auf dieser Verbindungsfläche beseitigt werden, ehe die Profilstäbe mit ihren Verbindungsflächen aneinander gestoßen werden. Zweckmäßigerweise wird dann auch an dieser Verbindungsfläche der Überzug mit einem über die Verbindungsfläche geführten Laserstrahl entfernt.

Im einzelnen kann das Verschweißen der Profilstäbe durch den zweiten Laserstrahl mit oder ohne Zusatzwerkstoffe erfolgen.

Es besteht auch die Möglichkeit, nach dem Verschweißen die Oberfläche der Schweißnaht und der beiden sie begleitenden Randstreifen durch einen dritten Laserstrahl nachzubehandeln. Bei dieser Nachbehandlung kann insbesondere die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen mit einem Zusatzwerkstoff beschichtet werden, um einen Korrosionsschutz des blanken Metalls im Schweißnahtbereich zu erhalten.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine relativ zu den Profilstäben längs der Schweißnaht verstellbare Lasereinrichtung aus mindestens zwei in Verstellrichtung hintereinander angeordneten Lasern, die hinsichtlich Leistung und Fokussierung ihres Laserstrahls unabhängig voneinander einstellbar sind, wobei der in Verstellrichtung voranlaufende Laser der Überzugbeseitigung in den Randstreifen und der nachlaufende Laser der Verschweißung der Profilstäbe dient. Die Lasereinrichtung kann einen dritten, bzgl. Strahlleistung und -fokussierung ebenfalls unabhängig einstellbaren Laser besitzen, der den ersten beiden Lasern nachläuft und zur Nachbehandlung der Oberflächen von Schweißnaht und Randstreifen dient. Vorzugsweise sind die Laser an einem in Verstellrichtung verfahr- oder verschiebbar geführten und antreibbaren Bearbeitungsaggregat angeordnet. Soweit Zusatzwerkstoffe beim Schweißen oder nachträglichen Beschichten zur Anwendung kommen, sind am Bearbeitungsaggregat zweckmäßigerweise Mittel zur Halterung und Zustellung von Drähten oder Stäben aus den Zusatzwerkstoffen vorgesehen.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine nach der Erfindung hergestellte Eckverbindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

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

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Form der Verbindung,

Fig. 5 den Schnitt V-V durch die Verbindung nach Fig. 4

Fig. 6 den Schnitt VI-VI durch die Stoßfuge der Verbindung nach Fig. 5.

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 Oxidschicht 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 der in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist.

Werden die Profilstäbe 1 aus der laufenden Stablänge abgeschnitten, um die Verbindungsflächen 2 für die Eckverbindung zu erhalten, sind diese Verbindungsflächen zunächst blank, d. h. frei von Überzügen. Mit diesen blanken Verbindungsflächen 2 werden die Profilstäbe 1 aneinander gestoßen und verschweißt. Zuvor aber wird an beiden Profilstäben 1 in jeweils einem Randstreifen 5, der parallel zur Stoßfuge 6 zwischen den Verbindungsflächen 2 verläuft und unmittelbar an diese Stoßfuge 6 anschließt, der dort vorhandenen Überzug 4 entfernt, damit beim anschließenden Schweißvorgang von diesem Überzug 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 gerichteten, in Fig. 2 durch den Pfeil 7 angedeuteten Laserstrahl 8 entfernt, der entlang den Randstreifen 5 geführt wird. Diesem ersten Laserstrahl 8 läuft in Verstellrichtung ein zweiter 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.

Nach dem Verschweißen wird die Oberfläche der Schweißnaht und der beiden sie begleitenden Randstreifen 5 in passender Weise nachbehandelt, was im Rahmen der Erfindung in besonders zweckmäßiger Weise mit einem dritten Laserstrahl 10 erfolgt, der es auch ermöglicht, im Rahmen dieser Nachbehandlung die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen mit einem Zusatzwerkstoff 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 in Schweißrichtung voran ein erster Laser 16 angeordnet, der zur Befreiung der Randstreifen 5 von dem Überzug 4 dient. Diesem ersten Laser 16 ist nachgeordnet ein zweiter Laser, der dem Verschweißen der beiden Profilstäbe 1 dient. Diesem zweiten Laser 17 folgt ein dritter Laser 18 zur Nachbehandlung bzw. Beschichtung der Oberflächen von Schweißnaht und Randstreifen. 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 für die ihm jeweils zugeordnete Bearbeitungsaufgabe optimal gewählt werden können. Soweit beim Schweißen oder Nachbehandeln Zusatzwerkstoffe zum Einsatz kommen sollten, können für diese geeignete Mittel zur Halterung und Zustellung am Bearbeitungsaggregat 14 vorgesehen sein, was in der Schemazeichnung aber nicht weiter dargestellt ist.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine Stoßverbindung, bei der ein Profilstab 1 stirnseitig an die Profilseitenfläche 3′ eines Profilstabes 1′ stößt und also die Verbindungsfläche 2′ an diesem Profilstab 1′ in der Profilseitenfläche 3′ liegt. Auf dieser Verbindungsfläche 2′ muß daher der Überzug 4 entfernt werden, ehe die Profilstäbe 1, 1′ aneinandergestoßen werden. Die Arbeitsgänge der Überzugentfernung in den die Stoßfuge 6 begleitenden Randstreifen 5, das Verschweißen der Profilstäbe längs der Stoßfuge und die Nachbehandlung im Bereich der Schweißnaht und der Randstreifen schließen sich dann in schon anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise an.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer Stoßverbindung zwischen stumpf aneinander stoßenden Verbindungsflächen (2) von zwei an ihren Seitenflächen (3) einen Überzug in Form beispielsweise einer Oberflächenveredelung, einer Oxidhaut oder einer Oberflächenbeschichtung aufweisenden Profilstäben (1) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch Schweißen, insbesondere einer Eckverbindung an Rahmen von Fenstern, Türen, Fassaden oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe (1) von einem entlang der Stoßfuge (6) zwischen den Verbindungsflächen (2) geführten ersten Laserstrahl (8) auf der diesem Laserstrahl zugekehrten Profilseitenfläche (3) in einem an die Stoßfuge (6) anschließenden Randstreifen (5) vom Überzug (4) befreit und durch einen auf derselben Profilseitenfläche (3) dem ersten Laserstrahl (8) nachgeführten zweiten Laserstrahl (9) miteinander längs der Stoßfuge (6) verschweißt werden.

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

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsflächen (2) durch Abtrennen , insbesondere Absägen,der Profilstäbe (1) aus der laufenden Profillänge gewonnen werden und die Zeitspanne zwischen dem Abtrennen und dem Verschweißen der Profilstäbe (1) so kurz ist, daß sich an den Verbindungsflächen (2) keine Oxidhäute (3) bilden können.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Stoßverbindung, bei der die Verbindungsfläche (2′) des einen Profilstabes (1′) in einer seiner Profilseitenflächen (3) liegt, der Überzug (4) auf dieser Verbindungsfläche (2′) beseitigt wird, ehe die Profilstäbe (1, 1′) mit ihren Verbindungsflächen (2, 2′) aneinander gestoßen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der in der Profilseitenfläche (3) liegenden Verbindungsfläche (2′) der Überzug (4) mit einem über die Verbindungsfläche (2) geführten Laserstrahl entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes erfolgt.

7. Die Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verschweißen die Oberfläche der Schweißnaht und der beiden sie begleitenden Randstreifen (5) durch einen dritten Laserstrahl (10) nachbehandelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Nachbehandlung die Oberfläche der Schweißnaht und der Randstreifen (5) mit einem Zusatzwerkstoff beschichtet wird.

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

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasereinrichtung einen dritten, bzgl. Strahlleistung und -fokussierung ebenfalls unabhängig einstellbaren Laser (18) besitzt, der den ersten beiden Lasern (16, 17) nachläuft und zur Nachbehandlung der Oberflächen von Schweißnaht und Randstreifen (5) dient.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser (16, 17, 18) an einem in Verstellrichtung verfahr- oder verschiebbar geführten und antreibbaren Bearbeitungsaggregat (14) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Bearbeitungsaggregat (14) Mittel zur Halterung und Zustellung von Drähten oder Stäben aus den Zusatzwerkstoffen vorgesehen sind.