DE69309278T2

DE69309278T2 - Kombiniertes trenn-und schweiss - verfahren und vorrichtung zum fertigen von konstruktions - materialen aus bleck

Info

Publication number: DE69309278T2
Application number: DE69309278T
Authority: DE
Inventors: Rocca Aldo Vittorio La
Original assignee: Lara Consultants Srl
Current assignee: Lara Consultants Srl
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2013-07-24
Also published as: EP0651685B1; ITTO920639A0; US5618453A; AU4583293A; DE69309278D1; WO1994002281A1; ITTO920639A1; IT1256896B; EP0651685A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Fertigung von Konstruktionsteilen aus Blech mittels kombinierter, vorzugsweiser Laserschneid- u. Schweißoperation.

Technischer Hintergrund

Konstruktionsteile mit einem geschlossenem polygonalen Querschnitt (d.h. rechtwinkligen, kastenähnlichen Abschnitten) oder solche, die einen hohen Grad von Rotationsmassenträgheit (Profileisen) aufweisen, werden allgemein auf verschiedenen Gebieten der Industrie eingesetzt, um einen hohen Grad an Biege- und Torsionsfestigkeit zu erreichen.
In Abhängigkeit von der Geometrie des fertiggestellten Produktes, des Typs und der Dicke des eingesetzten Materials werden derartige Produkte normalerweise gefertigt, indem konventionelle permanente Deformations - (Pressen, Biegen) oder Extrudiertechniken zur Anwendung kommen.
Einen all den oben aufgeführten Techniken gemeinsamer Nachteil liegt in den hohen Kosten der damit in Verbindung stehenden Werkzeugbestückung, welche sich nicht nur auf den Preis des fertiggestellten Produktes auswirkt, sondern auch Probleme hinsichtlich Flexibilität auf gibt, aufgrund dessen, daß eine Produktionsmaschinerie in der Regel niemals ersetzt wird, bevor sie vollständig abgeschrieben ist.
Im Falle der Permanent-Deformationstechnik (Pressen und Biegen) resultiert die starke Beanspruchung, die zur Erreichung eines hohen Grades an örtlicher Deformation erforderlich ist (beim Tiefziehen scharfe Kanten etc.), ausnahmslos in ein Zurückfedern des Materials, wobei als Folge der Aufhebung der Beanspruchung das gepresste oder gebogene Teil in eine andere als die unter Beanspruchung angenommene Form zurückfedert.
Maßabweichungen, die sich beim Zurückfedern des Materials einstellen, sind dann besonders bemerkenswert, wenn die Bleche mittels herkömmlicher Permanent- Deformationstechniken an ein anderes Teil geschweißt, d.h. punktgeschweißt, werden. In einem solchen Fall wird jeglicher Maßabweichung dadurch entgegengewirkt, indem die beiden zu verbindenden Teile unter Spannung und miteinander in Verbindung gehalten werden. Wenn jedoch die Spannung beseitigt ist, tendieren die verschweißten Teile dazu, wieder ihre ursprüngliche Form anzunehmen, was somit wiederum zu inneren Spannungen an den Schweißpunkten führt, welche durch die Lebenszeit der gesamten Struktur verbleibt und welche speziell bei Strukturen, die wiederholt pulsierender Spannung (z.B. bei Fahrzeugen) ausgesetzt werden, dazu führt, daß es makroskopisch gesehen zu plötzlichen Defekten an den Schweißpunkten kommt. Diese plötzlich auftretenden Defekte breiten sich im Domino- Effekt von einer Punktschweißung zur nächsten entlang der Schweißlinie aus, mit entsprechenden katastrophalen Folgen für die gesamte Struktur.
Dieser oben geschilderte Effekt ist auf Spuren von Öl in dem verflüssigten Metall während des Schweißens und auf metallurgische Unregelmäßigkeiten und Haar-Risse zurückzuführen, die entstehen, wenn das Öl verdampft. Dieses Problem konnte z.T. durch Beizen vor dem Schweißvorgang verhindert werden. Zu dem jedoch nur z.T. gelösten Problem entstehen durch das Beizen zu den bereits bestehenden hohen direkten und indirekten Kosten der konventionellen Verfahren weitere Kosten.
Der oben erwähnte Defekt wird genauso durch elektrolytische Erosion verursacht, welche durch Feuchtigkeit, Wasser oder Schmutzansammlungen mit Hilfe von Kapillarwirkung in dem punktgeschweißten Bereich entsteht.
Extrusionsverfahren weisen ebenfalls einige Nachteile auf, in erster Linie sind es die hohen Kosten des Energieverbrauchs und das ausnahmslos schlechte Finish des Endprodukts. Darüber hinaus sind Extrusionsverfahren auf bestimmte Materialien und auf wenige Formen und Größen begrenzt.
Traditionelle Techniken zur Herstellung von Konstruktionselementen bieten somit viel Raum für Verbesserungen. Das Dokument WO-A-92105895 zeigt eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17 und ein Verfahren zur Fertigung von Konstruktionsmaterialien aus Blech, worin wenigstens zwei Abschnitte von jeweiligen kontinuierlich fortlaufenden Blechstreifen gleichzeitig längs entsprechend zusammenlaufender Ebenen zugeführt werden. Anschließend werden diese Blechteile im wesentlichen entlang einer Kontaktzone zusammengeschweißt. Das verschweißte Teil wird anschließend mittels einer fliegenden Säge geschnitten.

Darstellung der Erfindung

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Konstruktionsmaterialien aus Blech vorzuschlagen, die so ausgelegt sind, daß die Nachteile, die sich typischerweise bei den zuvor genannten bekannten Techniken einstellen, überwunden werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Konstruktionsmaterialien aus Blech nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Fertigung von Konstruktionsmaterialien aus Blech nach Anspruch 17 vorgestellt.

Beschreibung der Zeichnungen

Eine Anzahl von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird anhand von Beispielen mit Bezug auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische, schematische Teilansicht einer Vorrichtung zum Fertigen von Konstruktionsmaterialien aus Blech in Zusammenhang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3a und 3b perspektivische, schematische Ansichten nacheinanderfolgender Stationen der Fertigung eines im Querschnitt quadratischen Elementes nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4a eine schematische Vorderansicht eines Schrittes während des Betriebes eines Details in einer weiteren Ausführung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4b den Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 4a;
Fig. 5 eine schematische Frontansicht eines Details nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 u. 7 schematische partielle Front- und Seitenansichten entsprechender weiterer Ausführung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8a bis 8d schematische Seiteneinsichten aufeinanderfolgender Verrfahrensschritte der in den Fig. 6 u. 7 gezeigten Vorrichtungen.

Bevorzugte Art und Weise zur Ausfuhrung der Erfindung

Pos. 1 in den Fig. 1 und 2 bezeichnet eine Vorrichtung zur Fertigung von Konstruktionselementen aus Blech, insbesondere hohle Teile P mit quadratischem Querschnitt.
Die Vorrichtung 1 (Fig. 2) besitzt eine Fundament 2 und eine Stützkonstruktion 3, die mit dem Fundament 2 verankert ist und die vier Vorrichtungen 4 trägt, um den jeweiligen Blechstreifen 5 zu einer Arbeitsstation 6 zuzuführen.
Die Arbeitsstation 6 weist eine Spannvorrichtung 6a auf, gestützt auf die Struktur 3. Die Spannvorrichtung 6a weist eine Anzahl von bekannten Führungsmitteln 7 zur Führung von Blechstreifen 5 auf, wobei die Mittel 7 z.B. von Rollen an der Struktur 3 gehalten sind. Die Führungsmittel 7 definieren jeweiligen Ebenen α, entlang derer die Blechstreifen jeweils zu zweit parallel zueinander und sich gegenüberliegend zugeführt werden. Wobei darüber hinaus die entsprechenden o.g. Ebenen ein im Querschnitt quadratisches Parallel-Epipedon mit einer Achse A und der im wesentlichen gleichen Querschnittsform wie bei den fertigen Teilen P aufweisen. Jedes Zuführmittel 4 hat eine Trommel 8, die um eine horizontale Achse B parallel zur Achse A rotiert und auf welcher jeweils eine Rolle eines Blechstreifens befestigt ist. Ein umsteuerbarer Motor 10 ist im Winkel zur Drehtrommel 8 mit dieser verbunden und dreht diese derart, daß die Rolle 9 auf- oder abgewickelt wird. Die Drehtrommel 8 und die jeweils dazugehörigen Motoren 10 werden von der Struktur 3 gehalten. Die von den jeweiligen Rollen 9 abgewickelten Blechstreifen 5 werden durch die Mittel 7 geführt und entlang der jeweiligen Ebenen Alpha tangential zur Achse A zugeführt, wie dies durch Pfeile 12 in Fig. 1 gezeigt ist. Die Zuführrichtungen definieren eine ideale Drehrichtung um die Achse A, wie dies durch den Pfeil 13 in Fig. 3a gezeigt ist, so daß die Vorderkante 14 eines jeden von der Rolle 9 mit dem Blechteil 5' in Kontakt kommt, welches von der nachgeschalteten Rolle 9 abgewickelt worden ist (in der bevorzugten Drehrichtung).
In der folgenden Beschreibung sind vorgeschaltet und nachgeschaltet in Verbindung mit den Blechteilen 5 der Blechstreifen 5 (oder die Seitenflächen des gefertigen Teiles B) so zu verstehen, daß sie sich auf die o.g. bevorzugte Rotationsrichtung beziehen.
Um der besseren Verständlichkeit willen sei noch, daß die Ebenen α im folgenden diejenigen Seitenflächen der Blechteile 5 sind, die von der Achse A wegweisen (wie z.B. die Aussenseiten des gefertigten Teiles P).
Die Arbeitsstation beinhaltet im wesentlichen vier Laserschneidköpfe T und vier Laser- Schweißköpfe S, wobei jeder zur Fokusiserung einen entsprechenden Laserstrahl aufweist, der jeweils von einer bekannten Laserquelle versorgt wird (nicht gezeigt). Jeder Schneidkopf T weist seine eigene optische Achse t rechtwinklig zur Ebene α eines jeweiligen Blechteiles 5 auf und liegt dabei in Ebene α des vorgeschalteten Blechteiles 5 . Dabei ist jeder Schneidkopf T auf einen Schlitten 15 (Fig. 2) montiert, der längs einer jeweiligen mit der Struktur 3 integrierten Gleitführung 16 sich entlangbewegt, um so die optische Achse des Kopfes T parallel zu sich selbst und entlang der Ebene α zu bewegen.
Jeder Schweißkopf S hat seine optische Achse 5 senkrecht zur Ebene α eines jeweiligen Blechteiles 5 und ist in geeigneter Weise an einem 2-Achsen kartesischen Roboter 17 (Fig. 2) befestigt, von dem er zwischen einer ersten zurückgezogenen Leerposition (Fig. 1 und 3a) und einer Arbeitsposition (Fig. 3b) bewegt wird, wobei die optische Achse 5 in der Kontaktebene zwischen dem jeweiligen Blechteil 5 und dem nachgeschalteten Blechteil 5 liegt. Dabei sorgt der Roboter 17 auch für die Bewegung des Kopfes S parallel zur Achse A und bewegt somit die optische Achse s entlang der o.g. Kontaktebene.
Die Schneidköpfe T müssen entsprechend mit einem Schutzgasmantel für den Schneidbereich ausgestattet sind, d.h., eine Sauerverstoffversorgung für den Fall, daß Eisenblech geschnitten wird. Derartige Einrichtungen, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind und deshalb auch nicht gezeigt oder im Detail beschrieben sind, können beliebigen bekannten Typs sein. Es sind vorzugsweise solche Einrichtungen, wie sie in der italienischen Patentanmeldung Nr. TO91A000949 mit dem Titel "Laser- Schneidverfahren mit Schutzgasmantel und entsprechende Schneidvorrichtung", angemeldet am 6.12.91, beschrieben sind. Diese Anmeldung ist das Prioritätsdokument zu WO-A-93/10938 (Stand der Technik unter Artikel 54 (3) EPC). Handelt es sich um Schweißköpfe 5, so müssen diese mit Einrichtungen zum Schutzgasschweißen ausgestattet sein, z.B. einer Heliumversorgung. Derartige Einrichtungen, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind und deshalb nicht gezeigt oder im Detail beschrieben sind, können jeglichen bekannten Typs sein und sind vorzugsweise in der italienischen Patentanmeldung Nr. TO91A000933 mit dem Titel "Laserverfahren und Vorrichtungen mit Schutzgasmantel", angemeldet am 29.11.93, wobei dieses Dokument die Priorität für WO-A-9311 0937 (Stand der Technik unter Artikel 54(3) EPC).
Fig. 3a und 3b zeigen nacheinander folgende Fertigungsschritte des Teiles P.
Zu Beginn des Zyklus sind die Laserköpfe T und S an den jeweiligen Seitenkanten der Blechteile 5 plaziert und alle auf derselben Seite in Bezug auf die Blechstreifen 5. In dem ersten Schritt (Fig. 3a) werden die Rollen 9 soweit abgewickelt, daß sie die Blechteile 5 entlang der jeweiligen Ebenen αL und in Kontakt mit den jeweiligen nachgeschalteten Blechteilen 5 zuführen, wobei an diesem Punkt die die Drehtrommeln 8 antreibenden Motoren gestopt werden.
In dem nächsten Schritt, auch in der Fig. 3a gezeigt, obwohl dem vorhergehenden Schritt nachfolgend, werden die Laserköpfe T aktiviert und gleichzeitig entlang den jeweiligen Gleitführungen 16 so bewegt, um das jeweilige Blech L von jedem Blechteil 5 abzuschneiden, wobei das Blech L in einem Werkstückhalter 6a mittels bekannter, z.B. pneumatischer oder magnetischer Klemmmittel (nicht gezeigt) gehalten wird. Um unproduktives Hin- und Herfahren der Laserköpfe T nach dem Schneiden der Bleche L zu vermeiden, verbleibt der Kopf T stationär an der gegenüberliegenden Ecke des Blechstreifens 5, der für den nächsten Zyklus vorgesehen ist, indem die Schneidoperation vernünftigerweise in der Gegenrichtung durchgeführt wird. An dieser Stelle werden die Drehtrommeln 8 umgesteuert, um so die verbleibenden Blechstreifen 5 rückwärts zu setzen und damit die Laserköpfe S in die Lage zu versetzen, in die Arbeitsposition (Fig. 3b) verfahren zu werden, wobei die Köpfe S aktiviert werden und mittels Roboter 17 entlang der jeweiligen Kontaktebenen zwischen den Blechen L bewegt werden, welche somit zusammengeschweißt werden. Nach dem Lösen der Mittel, die die Bleche L in dem Werkstückhalter 6a halten, kann das fertige Teile P in axialer Richtung mit Hilfe bekannter Vorrichtungen (nicht gezeigt) ausgestoßen werden.
Fig. 4a und b zeigen eine Variante einer Arbeitsstation 6 und das entsprechende Verfahren, wobei die Laserschneidkköpfe T den bereits oben aufgeführten Laserschneidkköpfen entsprechen, während die Laserschweißköpfe S beträchtlich kleiner, innerhalb des Werkstückhalters 6a (nicht gezeigt) untergebracht und mit einer Laserquelle (nicht gezeigt) mittels entsprechender Lichtführung 20 verbunden sind. Blechteilen 5 gegenüberstehen, welche in einem Winkel von etwa 14 º oder weniger in Bezug auf die Ebenen gehalten werden und sind fest mit einem zentralen Stellglied 21 verbunden, mittels dessen sie gleichzeitig entlang der Achse A bewegt werden. Der Werkstückhalter 6a präsentiert in geeigneter Weise Führungsmittel (nicht gezeigt), um die Köpfe 5 in der korrekten Stellung zu halten, während sie entlang der Achse A bewegt werden.
Das mit Bezug auf die Fig. 3a und b beschriebene Verfahren kann somit erheblich in dem Sinne vereinfacht werden, daß die Rollen nicht länger teilweise zurückgedreht werden müssen, um die Köpfe S in die Arbeitsposition zu bewegen. Die Köpfe S werden entlang einer einzelnen Achse parallel zu der Achse in Bewegungsrichtung der Köpfe T bewegt. Die Köpfe T und S können gleichzeitig betrieben werden, um so gleichzeitiges Schneiden und Schweißen zu ermöglichen. Nach Fig. 4b sollte der Schneidkopf T im Schweißkopf S folgen, um sicherzustellen, daß Blech L von dem jeweiligen Blechteil 5 losgelöst wird, für den Fall, daß die Blechstreifen nicht zurückgedreht werden.
Fig. 5 zeigt eine Variation der Arbeitsstation 6, in der Laserköpfe S außerhalb des Werkstückhalters 6a (nicht gezeigt) plaziert sind, wobei die Laserköpfe so positioniert sind, daß sie sich gegenüber den jeweiligen Kontaktebenen zwischen den Blechteilen 5 befinden, und eine Schrägstellung (Neigung) von 14 º oder weniger, wie in dem vorhergehenden Fall, aufweisen. Das Verfahren ist identisch zu dem, welches mit Bezug auf die Fig. 3a und 3b beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß aufgrund der kleinen Abmessungen und der Anordnung der Köpfe 5 diese nicht länger in eine vorausgegangene Position bewegt werden müssen und daß diese somit entlang einer einzelnen Achse bewegt werden können. Falls das Schweißen vor dem Schneiden durchgeführt wird, s. Fig. 4a und 4b, kann das Zurückdrehen des Blechstreifens ebenso fallengelassen werden wie in der in Fig. 5 dargestellten Arbeitsstation.
Die Pos. 1' in den Fig. 6 und 7 bezeichnet ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung; diese Vorrichtung ist insoweit beschrieben, als sie sich von der Vorrichtung 1 unterscheidet. Teile, welche identisch sind oder solchen entsprechen, die bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 beschrieben worden sind, sind mit derselben Nummerierung versehen.
Die Vorrichtung 1' unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 dadurch, daß der Blechstreifen auf den Werkstückhalter 6a in axialer Richtung, und, falls gegenüberliegend, in tangentialer Richtung zugeführt wird. Drehtrommeln mit darauf befestigten Rollen sind mit ihren jeweiligen Achsen in derselben Ebene positioniert, indem sie sich jeweils zu zweit so gegenüber stehen, daß sie ein Quadrat in der Ebene bilden. Zugleich sind die Drehtrommeln mit ihren jeweiligen Achsen in rechtem Winkel zu der Achse A angeordnet, welche in der besagten Ebene das Zentrum des Quadrats definiert.
Die Drehtrommeln 8, deren Motoren 10 der Einfachheit halber nicht gezeigt sind, sind in einem gegebenen axialen Abstand vom Werkstückhalter 6a so plaziert, daß die von den jeweiligen Rollen 9 abgedrehten Blechteile 5' gleichmäßig und in axialer Richtung entlang der jeweiligen Ebenen a mittels Führungsmitteln 7 zugeführt werden, mit denen der Werkstückhalter 6a ausgestattet ist.
Die Blechteile 5' werden so geführt, daß sie beidseitig - wie in Verbindung mit Vorrichtung 1 beschrieben - positioniert sind, gesehen im Querschnitt in einer Ebene rechtwinklig zur Achse A in die Richtung, in der die Blechteile 5' zugeführt werden. Genauer gesagt, bewegt sich jedes Teil 5' längs einer entprechenden Ebene α, definiert durch den Werkstückhalter 6a und kooperiert seitlich mit der Kante der Stirnfläche eines angrenzenden Blechteus.
Die Vorrichtung 1' umfaßt auch jeweils 4 Schneidköpfe T und Schweißköpfe S. Aufgrund der axialen Zuführung des Bleches können die Köpfe S fixiert sein, ein jeder mit seiner optischen Achse s senkrecht zu dem jeweiligen Blechteil 5' in der Kontaktebene zwischen den Blechteilen 5' und dem jeweils angrenzenden Blechteil liegend. Indem die Bleche kontinuierlich bei einer geeigneten Geschwindigkeit Va längs des Werkstückhalters 6a zugeführt werden, sorgen die Köpfe S für kontinuierliche Verschweißung der Blechteile 5' und bilden so einen quadratischen, kastenförmigen Abschnitt aus Blechstreifen 5.
Die Köpfe T sorgen für das Schneiden der jeweiligen Blechteile 5', die Seitenwände des kastenförmigen Abschnittes und schneiden so die Sektion in axialen Längen. Um den Schneidvorgang kontinuierlich durchzuführen, werden die Köpfe T an den jeweiligen Schlitten 15 befestigt, die den entsprechenden Gleitwegen 16, den jeweiligen Ebenen α zugewandt, dabei schräg (Fig. 7 und 8a - 8d) in Relation zur Bewegungsrichtung der Blechteile 5'. Die schräge Anordnung ist so kalkuliert, daß die Schlitten 15 entlang der Gleitwage 16 verfahren. Dies geschieht mit einer axialen Geschwindigkeitskomponente (parallel zur Achse A) gleich zu der Fortbewegungsgeschwindigkeit Va des Blechstreifens, wobei die Querkomponente Vt der Geschwindigkeit gleich der Schneidgeschwindigkeit ist. Die Schneidbewegung (Fig. 8b - 8d) besteht in einer nach vorne gerichteten Translationsbewegung rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Blechstreifens, so daß der kastenähnliche Abschnitt quadratisch geschnitten wird. Die Gleitwage 16 sind so angeordnet, daß am Ende des Schneidweges jeder Kopf T vor dem Kopf S positioniert ist, der an derselben Ende des Schneidweges jeder Kopf T vor dem Kopf S positioniert ist, der an derselben Fläche des kastenförmigen Abschnittes in Tätigkeit ist, und damit sicherstellt, daß auch der Schneidvorgang durch das Schweißen abgelöst wird.
Der Betriebszyklus der Vorrichtung 1' wird nun mit Bezug auf die Fig. 8a - 8d und mit Bezug auf die Laserköpfe 5 und T beschrieben, die an einer Fläche des kastenähnlichen Abschnittes aktiv sind, wobei die Überlegungen ebenso auf die anderen Köpfe in naheliegender Weise anzuwenden sind.
Die Fig. 8a zeigt die Betriebsbedingung zu Beginn des Zyklusses, bei dem der Kopf T an dem freien seitlichen Ende des Blechteiles 5' positioniert ist (d.h. die derjenigen Ecke gegenüberliegende Kante, die mit dem angrenzenden Blechteil 5' kooperiert) und worin das Blech nach dem Kopf T mit einer axialen Länge gleich der verlangten Länge des zu fertigenden Teiles P zugeführt worden ist. Die axiale Position des fixierten Kopfes S kann relativ frei gewählt werden, indem man dafür Sorge trägt, daß dieser in Relation zum Gleitweg 16 (angedeutet durch die Strich-Punkt-Linie) vorgeschaltet ist und somit bei kontinuierlichem Betrieb bereits eine erste Schweißung 24 ausgeführt hat, wie dies später beschrieben wird. Während der oben geschilderten Startposition wird der Kopf T aktiviert und mittels Schlitten 15 entlang des Gleitweges 16 (Fig. 8b) bei der zuvor erwähnten Geschwindigkeit bewegt, um so aus den oben dargestellten Gründen einen Schnitt 25 im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Blechstreifens zu erzielen. Sobald Kopf T die gegenüberliegende Kante des kastenförmigen Abschnittes (Fig. 8c) erreicht, ist der Schnitt 25 vollendet und läuft mit dem Schnitt zusammen, der mittels eines anderen Kopfes T in die angrenzende Seitenfläche des kastenförmigen Abschnittes durchgeführt worden ist.
Das Produkt P kann dann axial ausgestoßen werden und der Kopf T mit hoher gleichen Zeit bewegt sich das Blech kontinuierlich vorwärts und die Klöpfe S beginnen, das nächste Swick zu schweißen. Sobald das Blech nach der Außerbetriebsposition der Köpfe T um die erforderliche Länge des Produktes T zugeführt worden ist, wird der Zyklus wie oben beschrieben wiederholt.
Die Vorteile einer Vorrichtung 1 und 1' nach der vorliegenden Erfindung und der Verfahren, durchgeführt mittels derselben, wird deutlich durch die vorausgehende Beschreibung.
Es ist insbesondere dafür gesorgt, daß jegliche Form permanenter Verformung und als Folge davon jeglicher Streß, insbesondere ein in dem Material dadurch induziertes Zurückfedern eliminiert ist. Bei sauberer Verarbeitung induzieren Laser-Schneiden und -Schweißen vernachlässigbare Spannungen und Verformung in dem Blech und führen so zu einer Herstellung von Produkten mit einem hohen Grad an geometrischer Präzision frei von inneren Spannungen. Darüber hinaus werden durch die Laserschweißung Verbindungen größerer Stärke im Vergleich zum Basismaterial erzielt, wie es z.B. dasselbe Material bei einem anderen als dem Laserverfahren erreicht, so daß die mechanischen Eigenschaften des fertiggestellten Produktes nicht nur genausogut, sondern noch besser im Vergleich zu ähnlichen Produkten sich darstellen, die nach traditionellen Techniken fabriziert wurden.
Es werden extrem hohe Produktionsgeschwindigkeiten durch das gleichzeitige Zuführen der Blechabschnitte erreicht, die die Seitenflächen des fertigen Produktes bilden, wobei dies insbesondere durch das kontinuierliche Zuführen der Abschnitte erreicht wird.
Das Laserschweißen sorgt für eine störungsfreie Verschweißung des Materials, so wie es bei gewissen frosifreien Stahlmaterialien der Fall ist, bei denen es üblicherweise schwierig ist, auf traditionelle Art und Weise zu schweißen.
Nicht zuletzt ist das hier zum Einsatz kommende Werkzeug drastisch billiger im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, wobei zusätzlich noch für einen hohen Grad an Vielseitigkeit hinsichtlich der Produktion gesorgt ist.
Für den Fachmann dürfte klar sein, daß Veränderungen in Bezug auf Verfahren und Vorrichtung, die oben beschrieben und dargestellt sind, durchgeführt werden können, ohne jedoch den beanspruchten Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So können insbesondere offene Abschnitte oder prismatische Produkte irgendeines polygonalen Schnittes gebildet werden, indem eine Anzahl von Blechstreifen entsprechend der Anzahl der Seitenflächen des fertigen Produktes und mittels einer passenden Führung der abgewickelten Blechstreifen gebildet werden, so daß dies tangential in Bezug zur Produktachse (indem eine der Vorrichtung 1 ähnliche Apparatur zum Einsatz kommt) oder parallel zu der oben genannten Achste (indem eine Vorrichtung ähnlich der 1' zur Anwendung kommt) sich bewegen.
Wenn wie bei Vorrichtung 1' ein kontinuierliches Zuführen der Blechstreifen nicht verlangt ist, können die Schneidköpfe T weggelassen werden und die Schweißköpfe S durch Vieizweckköpfe ersetzt werden, die ebenso für das Schneiden ausgelegt sind. Bei stationärer Arbeit und nach dem Verschweißen zweier aneinandergrenzender Außenflächen kann jeder Vielzweckkopf genauso operieren, als wenn er eine entsprechende Außenfläche schneidet. Dies kann entweder rechtwinklig zur Bewegungsrichtung oder in einer passenden schrägen Richtung dazu, abhängig davon, wie das Produkt fertiggestellt werden soll, durchgeführt werden.
Ein in Schrägstellung durchgeführtes Schneiden kann ebenso bei kontinuierlich durchgeführter Zuführung erreicht werden, wie dies in Zusammenhang mit Vorrichtung 1' beschrieben ist. Dies wird durch ein passendes Variieren der Geschwindigkeit der Schneidköpfe und insbesondere durch das Variieren der Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse der Bearbeitung in Bezug auf die Vorwärtsbewegung des Bleches.
Es können in jedem Fall in Bezug auf Typ, Nummer, Anordnung und Arbeitsweise der Laserköpfe eingebracht werden, genauso wie die Art und Weise, in der die Blechstreifen zugeführt werden, in Abhängigkeit von dem geforderten Ausstoß und einem maximalen Wirkungsgrad, Minimierung der Standzeiten der Laserköpfe. Darüber hinaus können Konstruktionsteile mit offenem Querschnitt durch Weglassen einer oder mehrerer Außenflächen einer korrespondierenden polygonalen Sektion hergestellt werden. Das fertige Produkt kann in Längsrichtung oder schräg geschnitten werden, um zwei oder mehrere Halbfertigprodukte einer bestimmten Geometrie herzustellen.

Claims

1) Verfahren zur Fertigung von Konstruktionsteilen aus Blech rnit wenigstens den folgenden, sich zyklisch wiederholenden Verfahrensschritten:

a) wenigstens zwei Blechteile (5 ) jeweils fortlaufender Blechstreifen (5) werden gleichzeitig längs jeweilig zusammenlaufender Ebenen (α) zugeführt;

b) eine Blechplatte (L) wird gleichzeitig von jedem der Blechteile (5') abgetrennt;

c) die Blechteile (5 ) werden im wesentlichen entlang einer Kontaktzone verschweißt, wobei die Schneid- und Schweißvorgänge mittels Laser-Mitteln (T, S) ausgeführt werden.

2) Verfahren nach Anspruch 1 zur Fertigung von kastenfbrmigen Teilen (P), dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl wechselseitig kooperierender Blechteile (5 ) verwendet wird, die einen geschlossenen, polygonalen Querschnitt definieren; wobei jedes Blechteil (5 ) die jeweilige Seitenfläche des Teils (P) definiert.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Blechteil (5 ) ein Laser-Schneidkopf (T) und für jede Kontaktzone zwischen den Blechteilen (5 ) ein Laser- Schweißkopf (S) zum Einsatz kommt.

4) Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (5 ) in Relation zu der Achse (A) des Elementes tangential zugeführt werden; wobei die Kontaktzone durch die Vorderkante (14) des einen und anderen Blechteils (5 ) definiert wird,, das mit der Kante (14) zusammen wirkt.

5) Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsvorgang vorgesehen ist, bei dem die Bewegungsrichtung der Blechteile (5 ) nach dem Schneidvorgang umgesteuert wird.

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß.ein Arbeitsvorgang vorgesehen ist, bei dem die Laser-Schweißköpfe (5) von einer ersten Zurückziehposition zu einer zweiten Position bewegt werden, worin die jeweiligen optischen Achsen (s) der Laser- Schweißköpfe (S) zwischen den Blechteilen (5 ) in den Ebenen der Kontaktzonen liegen.

7) Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche von 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweiß- und Schneidvorgänge gleichzeitig ausgeführt werden; wobei die Laser-Schweißköpfe (5) und die Laser-Schneidköpfe (T) sich in die selbe Richtung in Bezug auf die Blechteile (5 ) bewegen.

8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schweißköpfe (S) den Schneidköpfen (T) voraus bewegen.

9) Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (5 ) parallel zur Achse (A) des gefertigten Teiles (P) zugeführt werden; wobei die Kontaktzone durch eine seitliche Endfläche eines der Blechteile (5 ) und durch eine Längskante einer Stirnseite eines anderen Blechteiles (5 ), die mit der Seitenfläche kooperiert, definiert ist.

10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (5 ) kontinuierlich zugeführt werden.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid- und Schweißvorgänge während der Vorschubbewegung der Blechteile (5 ) ausgeführt werden.

12) Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser- Schneidköpfe (T) während des Schneidvorganges in geneigter Richtung in Bezug auf die Fortbegungsrichtung der jeweiligen Blechteile (5 ) bewegt werden.

13) Verfahren nach Anspruch 12 zur Fertigung von durch die in Bezug auf ihre jeweiligen Achsen senkrechten Schnittebenen definierten Teilen (P), dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Schneidköpfe (T) während des Schneidvorganges in geneigter Richtung mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, deren Komponente parallel zur Fortbewegungsrichtung der jeweiligen Blechteile (5 ) mit der Vorschubgeschwindigkeit (Va) der Blechteile (5 ) gleich ist.

14) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der Blechteile (5 ) in diskreten Schritten erfolgt; wobei jeder Schneidvorgang irn Anschluß an die Vorschubbewegung ausgeführt wird.

15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißvorgang wahrend der Vorschubbewegung der Blechteile (5 ) ausgeführt wird.

16) Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid- und Schweißvorgänge mittels eines einzelnen Mehrzweck-Laserkopfes für jede Seitenfläche des Teils ausgeführt werden.

17) Vorrichtung (1, 1 ) zur Fertigung von Konstrutionselementen aus Blech mit:

- Mitteln (6a, 7) zum Unterstutzen und Fuhren des Bleches und zur Bestirnung wenigstens zweier zusammenlaufender Ebenen (α);

- Mitteln (4) zum gleichzeitigen Zuftihren von wenigstens zwei Blechteilen (5 ) jeweils fortlaufender Blechstreifen längs der jeweilig zusammenlaufenden Ebenen (α);

gekennzeichnet durch

- Laser-Mittel (T) zum gleichzeitigen Abtrennen jeweiliger Blechplatten (L) von den wenigstens zwei Blechteilen (5 ); und

- Laser-Mittel (5) zum Verschweißen der Blechteile (5 ) im wesentlichen entlang einer Kontaktzone.

18) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser-Schneid-Mittel wenigstens einen Laser-Kopf (T) aufweist.

19) Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser-Schweiß- Mittel wenigstens einen Laser-Kopf (S) aufweist.

20) Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Anspruche von 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel (4) zum Zuführen und Mittel (6a, 7) zum Unterstützen und Führen einer Anzahl der Blechteile (5 ) aufweist, die wechselseitig kooperieren und in Bezug auf den Querschnitt ein geschlossenes Polygon definieren; wobei jedes Blechteil (5 ) eine jeweilige Seitentläche des Teils (P) bestimmt.

21) Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß es für jedes Blechteil (5 ) einen Laser-Schneidkopf (T) und für jede Kontaktzone zwischen den Blechteilen (5 ) einen Laser-Schweißkopf (S) gibt.

22) Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Anspruche von 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (4) eine Anzahl von Drehtrommeln (8) aufweisen, auf welche die jeweiligen Rollen (9) des Blechttreifens (5) aufgebracht sind, von denen die Blechteile (5 ) abgewickelt werden; und daß die jeweiligen Elektromotoren (10) im Winkel mit den Trommeln (8) verbunden sind.

23) Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Anspruche von 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6a, 7) zum Unterstützen und Fuhren vorgesehen sind, um die Blechteile (5 ) tangential in Bezug auf die Achse (A) des Teils (1)) zuzuflihren; wobei die Kontaktzone durch die Vorderkante (14) eines Blechteiles (5 ) und durch eine Seitentläche eines anderen Blechteiles (5 ) definiert wird, die mit der Kante (14) zusammen wirkt.

24) Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein erstes Mittel (17) enthält, um die Laser-Schweißköpfe (S) entlang der Flächen der jeweiligen Kontaktzonen zu bewegen, und des weiteren ein Mittel (15) aufweist, um die Laser-Schneidköpfe (T) entlang der jeweiligen Schnittflächen zu bewegen.

25) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zweites Mittel (17) aufweist, mittels dem die Laser-Schweißköpfe (S) zwischen einer ersten leerlaufenden Zurückziehposition und einer zweiten Position bewegt werden, in welcher die jeweiligen optischen Achsen (s) des Laser-Schweißkopfes (S) zwischen den Blechteilen (5 ) in den Ebenen der Kontaktzonen liegen.

26) Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel (17) zum Bewegen der Laser-Schweißköpfe (S) und das Mittel (15) zum Bewegen der Laser- Schneidköpfe (T) Maßnahmen vorsehen, um jeweils die Schweißköpfe (S) und die Schneidköpfe (T) in der selben Richtung entlang der jeweiligen Ebenen zu bewegen.

27) Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schweißköpfe (5) den Schneidköpfen (T) voraus bewegen.

28) Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche von 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6a, 7) zum Unterstützen und Führen der Blechteile (5 ) vorgesehen sind, um die Blechteile (5 ) parallel in Bezug auf die Achse (A) des Teils (P) zuzuführen; wobei die Kontaktzone durch eine seitliche Endfläche eines der Blechteile (5 ) und durch eine Längskante einer Stirnseite des anderen Blechteiles (5 ), das mit der Seitenfläche kooperiert, definiert ist.

29) Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (4) für eine kontinuierliche Zuführung der Blechteile (5 ) sorgen.

30) Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bewegen der Schneidköpfe (T) Mittel (16) zum Führen der Schneidköpfe (T) aulweisen, die während des Schneidvorganges in geneigter Richtung in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung der jeweiligen Blechteile (5 ) bewegt werden.

31) Vorrichtung nach Anspruch 30 zur Fertigung von durch die in Bezug auf ihre jeweiligen Achsen senkrechten Schnittebenen definierten Teile (P), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15) vorgesehen dalur sind, daß die Laser-Schneidköpfe (T) entlang der Führungsmittel (16) mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, deren Komponente p&allel zur Fortbewegungsrichtung des jeweiligen Blechteiles (5 ) mit der Vorschubgeschwindigkeit (Va) der Blechteile (5 ) gleich ist.

32) Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (4) für eine Zuführung der Blechteile (5 ) in diskreten Schritten sorgen.

33) Vorrichtung nach Anspruch 32, falls nicht von Anspruch 21 abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen einzelnen Mehrzweck-Laserkopf für jede Seitenfläche des Teils (P) aufweist.