-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
-
„Tailored
Welded Blanks" bzw.
TWBs werden in zahlreichen technischen Gebieten immer dann verwendet,
wenn es erforderlich ist, Metallstücke herzustellen, die differenzierte
Stärken
aufweisen. Ein typisches Gebiet der Verwendung ist der Sektor der Konstruktion
von Fahrzeugkörpern.
Ein TWB besteht allgemein aus zwei oder mehr Stücken eines Metallblechs mit
unterschiedlichen Dicken oder hergestellt aus verschiedenen Materialien,
die zusammengeschweißt
sind. In dem einfachsten Fall ist die Verbindungslinie zwischen
den Rohlingen geradlinig, aber in vielen Fällen ist es erforderlich, TWBs
mit nicht-linearen Verbindungslinien herzustellen, oder ansonsten
mit Verbindungslinien einschließlich
einer Anzahl von geradlinigen Strecken mit verschiedenen Winkeln.
-
Herkömmliche
Werke für
die Herstellung von TWBs in einem industriellen Maßstab sehen
die Verwendung von Stücken
von Metallblech als Ausgangsmaterial vor, die unter Verwendung von
Maschinenscheren geschnitten werden. Jedoch haben in der derzeitigen
Praxis, sofern keine hochpräzisen Maschinenscheren
verwendet werden, und daher solche, die sehr hohe Kosten aufweisen,
die Kanten der Stücke
des Metallblechs eine grobe Oberflächenbeschaffenheit, oder auf
jeden Fall eine Oberflächenbeschaffenheit,
die kein bequemes Stumpfschweißen
der Kanten selbst ermöglicht.
Die groben Stücke aus
Metallblech werden dann einem vorbereitenden Schneidvorgang unterzogen,
durch den Stücke
erhalten werden, die genaue Abmessungen und ein gutes Maß an Oberflächenbeschaffenheit
entlang der Schweißkanten
aufweisen. An dem Ende des Schneidvorgangs werden die Stücke in einem Schweißsystem
angeordnet, in dem Stumpfschweißen
von einem oder mehreren Stücken
unterschiedlicher Dicken entlang eines Schweißpfads ausgeführt wird,
der mit der Verbindungslinie zwischen den Stücken übereinstimmt. Der Schweißvorgang
kann unter Verwendung von Laser-Schweißmaschinen ausgeführt werden.
-
Die
herkömmliche
Technologie für
die Herstellung von Rohlingen mit unterschiedlicher Dicke und/oder
aus unterschiedlichen Materialien, die vorstehend beschrieben worden
ist, besitzt verschiedene Nachteile. Ein erster Nachteil wird durch
die Tatsache repräsentiert,
dass an dem Ende des Schneidvorgangs ein Vorgang für ein Anordnen
der zu schweißenden
Stücke
in Bezug auf einander und zum in Bezug setzen der Stücke mit
dem Koordinatensystem des Schweißwerks erforderlich ist. Normalerweise
wird der Abgleichvorgang unter Verwendung von mechanischen Positionierungsblöcken ausgeführt, aber
dieses System kann zu zahlreichen Problemen und Schwierigkeiten
in dem Fall von Stücken
mit komplexen Formen führen,
die entlang eines nicht geradlinigen Pfads zusammengeschweißt werden
sollen. Ein zweiter Nachteil wird repräsentiert durch die Notwendigkeit,
hochpräzise
Schneidmaschinen zu verwenden, die in Bezug auf Investition und
Wartung sehr kostspielig sind, oder ansonsten ein vorbereitendes
Schneiden der zu schweißenden Stücke auszuführen. Der
Schneidvorgang erzeugt ein beträchtliches
Maß an
Abfallmaterial und erfordert kostspielige und starre Ausrüstung, die
einer Routinewartung unterzogen werden muss und in dem Fall ersetzt
werden muss, in dem die Form und/oder Größe der zu schneidenden Stücke variiert.
-
US-A-4854493
offenbart eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stahlstreifen unter
Verwendung eines Laserstrahls, bei dem entgegengesetzte Enden und
nachfolgende Stahlstreifen, die kontinuierlich zugeführt werden,
geschnitten werden und die so gebildeten Schnittkanten durch Stumpfschweißen unter
Verwendung eines Lasers geschweißt werden. Das Schneiden und
Aneinanderfügen
zum Zeitpunkt des Schweißens
werden erreicht, wobei ein Ende des vorherigen Stahlstreifens zu
den entgegengesetzten Enden der nachfolgenden Stahlstreifen benachbart
ist, die parallel mit der Mittellinie der Fortbewegung der kontinuierlichen
Verarbeitungsstraße
ausgerichtet sind. Beim Ausführen
der Ausrichtung wird der vorhergehende oder der nachfolgende Stahlstreifen
von einem elektromagnetischen Futter auf einem Arbeitstisch in der
kontinuierlichen Verarbeitungsstraße angezogen und durch das
Futter in Richtung eines Referenzblocks gezogen, der mit einer Ausrichtungskante
parallel zu der Mittellinie des Wegs der Verarbeitungsstraße versehen
ist, um die Kante des Blechs in Kontakt mit dem Referenzblock zu
bringen.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung
von Rohlingen mit unterschiedlicher Dicke und/oder aus unterschiedlichen
Materialien bereitzustellen, welches ermöglicht, die vorgenannten Nachteile
zu überwinden.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den
Eigenschaften erreicht, die den Inhalt von Anspruch 1 bilden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail beschrieben werden, mit
Bezug auf die angefügte Zeichnung,
die ausschließlich
als nicht beschränkendes
Beispiel bereitgestellt wird, und in der:
-
1 eine
schematische Seitenansicht eines Laserschneid- und Schweißsystems
ist, das zum Ausführen
eines Vorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung
angeordnet ist;
-
2 ist
eine schematische Ansicht, in einem größeren Maßstab, des durch den Pfeil
II in 1 angegebenen Details;
-
3 ist
eine Aufsicht gemäß dem Pfeil
III in 1; und
-
4 bis 8 sind
schematische Querschnittsansichten, welche die Betriebsabfolge des Vorgangs
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen.
-
Bezug
nehmend auf die 1 bis 3, die Zahl 10 bezeichnet
ein Werk für
die Herstellung von Rohlingen mit unterschiedlicher Dicke und/oder
aus unterschiedlichen Materialien, umfassend einen Laserschneid-
und Schweißkopf 12,
der in einem X-Y-Z Koordinatensystem mobil bzw. beweglich ist und
von einer numerischen Steuereinheit gesteuert wird, bezeichnet mit 14.
In dem in 2 dargestellten Beispiel ist
der Kopf 12 zum Ausführen
von Laserschneid- und Schweißvorgängen eingestellt.
Wie in 2 schematisch dargestellt, umfasst der Kopf 12 einen
Körper 16,
der an einem Ende eines beweglichen Elements 18 getragen
wird, das einen Teil eines kartesischen Bewegungssystems bildet.
In einer herkömmlichen
Weise wird ein Laserstrahl 20 durch eine optische Kette
geführt,
und reicht an den Kopf 12 in der Richtung heran, die in 2 durch
den Pfeil 22 angegeben ist. Der Körper 16 des Kopfes 12 trägt eine
Schneidspitze 24 und eine Schweißspitze 26. Die Schneidspitze 24 ist
mit einer Fokussierlinse 28 verbunden, während die
Schweißspitze 26 mit
einem Parabolspiegel verbunden ist. Der Kopf 12 trägt einen
Spiegel 32, der an dem Körper 16 um eine Achse 33 gelenkig
gelagert ist, die senkrecht zu der Zeichenebene ist, und zwischen
einer betriebsbereiten Stellung, dargestellt in 2,
und einer nicht betriebsbereiten Stellung beweglich ist, in der
er in Bezug auf die Betriebsstellung um etwa 45° in der durch den Pfeil 34 angegebenen
Richtung gedreht ist. Wenn der Spiegel 32 sich in der nicht
betriebsbereiten Stellung befindet, wird der Laserstrahl 20,
der sich in der Richtung 18 bewegt, auf die Fokussierlinse 28 gelenkt,
und die Schneidspitze 24 ist betriebsbereit. Wenn der Spiegel 32 sich
in der in 2 dargestellten Betriebsstellung
befindet, wird der Laserstrahl 20, der sich in der Richtung 22 bewegt,
durch den Spiegel 32 um 90° abgelenkt, und wird auf den
Parabolspiegel 30 gesendet, welcher den Laserstrahl ablenkt und
durch die Schweißspitze 26 fokussiert.
-
Bezug
nehmend auf die 1 und 3 umfasst
die Laserschneid- und Schweißmaschine 10 einen
Tisch 36 einschließlich
mindestens einer mobilen Tragestruktur, die unter der Steuerung
der numerischen Steuereinheit 14 bewegt wird. In dem in
den Figuren dargestellten Beispiel umfasst der Tisch 36 eine
stationäre
Werkstück
tragende Struktur 38 und eine mobile Werkstück tragende
Struktur 40, die sich entlang zweier gegenseitig senkrechter
Richtungen bewegt, in 3 mit X und Y bezeichnet. Die
Werkstück
tragenden Strukturen 38, 40 sind mit jeweiligen Rückhaltemitteln 42 versehen,
zum Beispiel bestehend aus Saugflächen, die mit einer Vakuumquelle verbunden
werden können
(nicht dargestellt). In der beispielhaft in den Figuren dargestellten
Ausführungsform
wird die stationäre
Werkstück
tragende Struktur 38 von einem stationären Träger 44 getragen, während die
mobile bzw. bewegliche Struktur 40 von einem Träger 46 getragen
wird, der in der Y-Richtung durch ein Paar von Motoren 48 (3)
bewegt wird und gleichfalls in der X-Richtung unter der Steuerung
eines Motors 50 beweglich ist. Die Motoren 48, 50 werden
durch eine numerische Steuereinheit gesteuert, bevorzugt bestehend
aus der gleichen Einheit, welche die Bewegung des Laserschneid-
und Schweißkopfes 12 steuert.
-
Um
Werkstücke
herzustellen, die eine komplexere Form aufweisen, kann der Tisch 36 mit
einem zweiten stationären
Träger
ausgerüstet
werden (nicht dargestellt), der zu den Trägern 44, 46 parallel
ist, wobei der zweite Träger
eine Werkstück
tragende Struktur ähnlich
den Strukturen 38, 40 trägt, und auf die in Bezug auf
den stationären
Träger 44 entgegengesetzte
Seite des beweglichen Trägers 46 gesetzt ist.
-
Mit
Bezug auf die 4 bis 8 wird die Betriebsabfolge
für die
Herstellung von Rohlingen mit unterschiedlicher Dicke und/oder aus
unterschiedlichen Materialien mittels des vorhergehend dargestellten
Laserschneid- und Schweißsystems
beschrieben werden.
-
Bezug
nehmend auf 4, zwei Stücke eines Metallblechs mit
unterschiedlichen Dicken und/oder aus verschiedenen Materialien
hergestellt werden auf den jeweiligen Werkstück tragenden Strukturen 38, 40 angeordnet
und gehalten. Die Stücke
P1 und P2 sind raue bzw. grobe bzw. unebene Stücke von Metallblech, die nicht
vorgeschnitten worden sind und durch Schneiden erhalten worden sind, und
umfängliche
bzw. äußere (perimetral)
Kanten aufweisen, die sogar merklich unregelmäßig sein können. Die Stücke P1 und
P2 werden auf den jeweiligen Werkstück tragenden Strukturen 38, 40 ohne
irgendwelche besondere Genauigkeit angeordnet. Wenn die Stücke P1 und
P2 auf den Tischen 38, 40 angeordnet sind, gibt
es noch keine genaue Korrelation zwischen der Position der Werkstücke und
dem Koordinatensystem der Schneid- und Schweißmaschine. In 4 ist
die Spur einer Referenzoberfläche
mit 54 bezeichnet, entlang derer das Verbinden der Stücke P1 und
P2 ausgeführt
werden soll. Die Koordinaten der Referenzoberfläche 54 werden vorhergehend
in der numerischen Steuereinheit des Systems gespeichert. Das Stück P1 wird
auf der Werkstück
tragenden Struktur 38 mit ungefährer Genauigkeit angeordnet,
aber auf eine solche Weise, dass sich eine Kante des Stücks P1 über die
Referenzoberfläche 54 hinaus
erstreckt.
-
Wie
in 5 dargestellt sieht der erste Vorgang das Schneiden
des Stückes
P1 entlang einer Schnittebene 54 vor, die mit der Referenzoberfläche 54 übereinstimmt.
Als nächstes
wird, wie in 6 dargestellt, ein Laserschneiden
der Kante des Stücks P2
entlang einer Referenzoberfläche 56 ausgeführt, deren
Koordinaten in der numerischen Steuereinheit des Systems vorgespeichert
worden sind. Auf die Laserschneidevorgänge folgend zeigen die Stücke P1 und
P2 Kanten 58, 60, die aufeinander weisen, die ein
Maß an
Oberflächenbeschaffenheit
aufweisen, das mit dem vergleichbar ist, das durch einen Schneidvorgang
erhalten wird. Anders als in dem Fall, in dem Stücke aus einem Schneidvorgang
erhalten werden, sind die Abschnitte der Stücke P1 und P2, die geschnitten
und als Schrott beseitigt werden, sehr klein. Nach dem Ausführen des
Laserschneidens kennt die numerische Steuereinheit des Systems die
Koordinaten der Kanten 58, 60 der Stücke P1 und
P2 mit einer Genauigkeit, die höher
ist als die, die aus einer Anordnung der Stücke in Bezug auf ein System
mechanischer Positionierungsblöcke
erhalten werden kann.
-
In
dem nachfolgenden Schritt, dargestellt in 7, steuert
die numerische Steuereinheit des Systems die Bewegung der Werkstück tragenden
Struktur 40, bis die aufeinander weisenden Kanten 58, 60 der
Stücke
P1 und P2 zueinander gebracht worden sind. Der Vorgang des Aneinandersetzens
der Stücke
kann mit großer
Genauigkeit ausgeführt
werden, da die numerische Steuereinheit die Position der Kanten 58, 60 im
Raum mit einem hohen Grad an Genauigkeit kennt.
-
Schließlich, wie
in 8 dargestellt, wird der Schneid- und Schweißkopf 12 umgeschaltet,
um die Laserschweißspitze
betriebsbereit zu machen, und wird entlang eines Schweißpfads gemäß der Position der
Kanten 58, 60 im Raum, die aneinandergesetzt sind,
bewegt, um ein Laserschweißen
der Stücke
P1 und P2 auszuführen. 8 stellt
den Bereich der Verbindung zwischen den Stücken an dem Ende des Schweißvorgangs
dar.
-
Die
vorstehend beschriebenen Vorgänge können auf
den verbleibenden Seiten der Stücke
P1 und P2 wiederholt werden, um ein Verbinden der Stücke mit
einem weiteren Stück
Metallblech auszuführen.
Vor dem Ausführen
des Schweißens
können weitere
Schneidvorgänge
an den Stücken
P1, P2 in dem gleichen Betriebszyklus ausgeführt werden, zum Beispiel um
die Form der verbleibenden Seiten der Stücke zu definieren, oder ansonsten
um Löcher oder Öffnungen
unterschiedlicher Arten in den Stücken selbst herzustellen.
-
Das
System gemäß der vorliegenden
Erfindung ist gekennzeichnet durch sehr niedrige Investitionskosten,
verglichen mit herkömmlichen
Straßen für die Herstellung
von Rohlingen unterschiedlicher Dicken. Das System gemäß der Erfindung
ermöglicht eine
maximale Flexibilität
in der Definition der Form und Größe der fertig gestellten Stücke, und
erfordert keine genaue Vorbereitung der Schweißkanten. Die Verwendung eines
beweglichen Tisches entlang zweier gegenseitig senkrechter Achsen
macht die Herstellung von Stücken
möglich,
die komplexe Formen aufweisen, sogar mit Verbindungslinien, die
beispielsweise in rechten Winkeln zu einander gesetzt sind. Das
Neuprogrammieren der Formen und Größen der herzustellenden Stücke kann
mit sehr kurzen Einstellzeiten ausgeführt werden.