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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von
beschichteten Blechen mittels eines Energiestrahls, wie beispielsweise
eines Laserstrahls.
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Sie
findet insbesondere beim Verschweißen von verzinkten Blechen
Anwendung, obgleich sie beim Verscheißen von beschichteten Blechen
aus jeglichem anderen Material anwendbar ist, deren Verdampfungstemperatur
unter der Schmelztemperatur des die Bleche bildenden Grundmaterials
liegt, oder auch mit jeglichem mehrschichtigen Aufbau mit dieser
Eigenschaft.
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1 und 2 stellen
das Verschweißen zweier
Metallbleche 2, 3 mittels eines gepulst betriebenen
Laserstrahls 1 dar, die auf ihren beiden entgegengesetzten
Seiten zwei jeweilige Zinkbeschichtungen 4, 5; 6, 7 enthalten
und über
jegliches geeignete Mittel benachbart zur Schweißstelle so aneinandergedrückt gehalten
werden, dass die beiden innen liegenden Beschichtungen 5, 6 zwischen
den beiden Blechen 2, 3 enthalten sind. Beim Verlagern
des Schweißstrahls 1 in
der mit Pfeil F1 angegebenen Richtung wird eine Schweißnaht 8 erzeugt,
um die Bleche 2, 3 miteinander zu verbinden, wobei
ein Durchgang 9, als Kapillare bezeichnet, in dem Bereich
des aufgeschmolzenen Materials 10 gebildet wird. Beim Verschweißen von
beschichteten Blechen 2, 3 mittels eines kontinuierlich
betriebenen Laserstrahls dringt aufgrund des Verdampfungspunktes der
Beschichtungen 4–7,
der unter dem Schmelzpunkt des die beiden Bleche 2, 3 bildenden
Grundmaterials liegt, Zinkdampf 11, der zwischen diesen beiden
Blechen eingeschlossen wird, durch die Oberfläche der Flüssigschmelze 10, wie
in 1 dargestellt ist, und dringt in die Kapillare 9 ein,
um an deren Rückseite
anzuschlagen, wie in 2 dargestellt ist, was zu einer
nicht mehr stabilen Kapillare und zu einem Auswerten von Metallschmelze 10 führt. Die Erfinder
haben aufgezeigt, dass das Durchbohren der Oberfläche der Flüssigschmelze
in einem oder mehreren Kanälen 12 erfolgt,
die in 1 und 2 angegeben ist. Beim Verschweißen der
Bleche 2, 3 mittels gepulst betriebenen Laserstrahls
wird der bei jedem Schweißimpuls
erzeugte Zinkdampf über
die Kapillare abgeführt,
ohne dabei eine Instabilität
der Flüssigschmelze
hervorzurufen, wie in 1 dargestellt ist. Während eines
jeden Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des
Energiestrahls wird die Kapillare 9 geschlossen, wie in 3 dargestellt
ist.
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Anzumerken
ist, dass während
des Pausenimpulses das Energieniveau des Strahls nicht unbedingt
null beträgt
und noch zum Schweißen
beitragen kann. Der Einfachheit halber werden jedoch bei der vorliegenden
Beschreibung die Ausdrücke "Schweißimpuls" und "Pausenimpuls" verwendet, um das hohe
und das niedrige Niveau des gepulsten Strahls zu bezeichnen.
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Wenn
der Druck des Zinkdampfs zu schwach ist, bleibt dieser Dampf in
einem Bereich um die Flüssigschmelze 10 herum
eingeschlossen, wie in 3 gezeigt ist. Wenn jedoch dieser
Dampfdruck einen kritischen Druck übersteigt, dringt der Zinkdampf
in die Flüssigschmelze 10 ein
und bildet dabei eine Gasblase 13, die ein Gleichgewicht
ohne Auswurf von Flüssigschmelze 10 (4)
erreicht, oder hebt die Flüssigschmelze 10 an
und wirft sie vollständig aus
(5). Mit dem Bezugszeichen 14 ist eine
Gaszuführvorrichtung
bezeichnet, die zur Flüssigschmelze 10 führt und
an sich bekannt ist.
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Anzumerken
ist, dass während
des Pausenimpulses der Teil 10a des Flüssigbereichs 10, der
auf derjenigen Seite liegt, auf der die Bleche noch nicht verschweißt sind,
mit der Erstarrung beginnen kann. Aus diesem Grund ist er in 3 bis 8 schraffiert dargestellt.
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Es
wurden zahlreiche Lösungen
vorgeschlagen, um die Nachteile aufgrund des unkontrollierten Freisetzens
von Zinkdämpfen
auszuräumen,
die zu einer geringwertigen Schweißung führen.
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Eine
dieser bekannten Lösungen
besteht darin, vor dem Schweißen
ein Spiel zwischen den zu verschweißenden Blechen zu schaffen,
um das Abführen
von Zinkdämpfen
zu gestatten. Diese bekannte Lösung
ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, einen zusätzlichen Schritt zum Erzeugen
von Erhebungen beispielsweise durch einen Ziehvorgang an den Blechen
erforderlich zu machen, um das Spiel auszubilden, und eine für diesen
Schritt geeignete Einrichtung zu erfordern.
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Eine
weitere bekannte Lösung
besteht darin, die Zinkbeschichtung an der Stelle der Schweißung zu
entfernen und sie mit einer anderen Beschichtung zu ersetzen, wie
etwa einer Nickellegierung. Diese Lösung ist mit dem Nachteil behaftet,
Mehrkosten zu verursachen und aufwendig zu sein, da an bestimmten
Stellen der Bleche eine andere Beschichtung aufgetragen wird.
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Gemäß noch einer
weiteren bekannten Lösung
werden die zu verschweißenden
Bleche senkrecht angeordnet, wobei sich der Schweißenergiestrahl
von unten nach oben verlagert, so dass die Schmelze durch Schwerkraft
abfließt,
wodurch die Abführung
von Zinkdampf verbessert wird. Diese Lösung erfordert eine besondere
Lagerung, um die Bleche senkrecht anzuordnen, und gegebenenfalls
bei aufwendigen Teilen und/oder groß bemessenen Teilen, wie etwa
Kraftfahrzeugtüren,
eine Änderung
der Ausrichtung des Teils, damit der Schweißenergiestrahl immer von unten
nach oben verlagert wird.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorangehend genannten
Nachteile vorbekannter Lösungen
auszuräumen,
indem ein Verfahren zum Verschweißen von beschichteten Blechen
mit Hilfe eines Energiestrahls durchgeführt wird, mit dem eine gute Schweißqualität ohne Anpassung
der Geometrie der Teile und ohne Verwendung zusätzlicher mehr oder weniger
aufwendiger Einrichtungen zum Halten der zu verschweißenden Bleche
erreicht wird.
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Dazu
schlägt
die Erfindung ein Verfahren zum Verschweißen von Blechen mittels eines
Energiestrahls vor, die mit einem Material beschichtet sind, dessen
Verdampfungstemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials
der Bleche liegt, gemäß Anspruch
1 bzw. 2.
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Vorzugsweise
ist der Energiestrahl, der es ermöglicht, das Abführen von
Dampf der Beschichtung zu begünstigen,
der Schweißenergiestrahl.
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Gemäß einer
Ausführungsform
besteht das Verfahren darin, eine Oberflächenänderung der Schmelze zu erfassen
bzw. vorzusehen und den Energiestrahl so zu steuern, dass die von
diesem abgegebenen Impulse eine Bohrung in die Schmelze erzeugen
können,
wenn ein bestimmtes Abheben der Oberfläche dieser Schmelze erfasst
oder vorgesehen wurde, um den in der Blase der Schmelze vorliegenden
Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen.
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Der
Vorgang zum Durchbohren der Oberfläche der Schmelze erfolgt dadurch,
dass die Breite eines jeden Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Schweißimpulsen
des Energiestrahls vermindert wird bzw. dass während der Dauer eines jeden
Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen
des Energiestrahls ein zusätzlicher
Impuls eingeführt
wird.
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Vorzugsweise
erfolgt die Erfassung der Veränderung
der Oberfläche
der Schmelze über
eine Quelle zum Abgeben eines Einfallsstrahls, der auf das aufgeschmolzene
Schweißmaterial
gerichtet ist, sowie über
einen Sensor, der Änderungen
in der Richtung, Stärke
oder Form des von der Oberfläche der
Schmelze reflektierten Strahls messen kann, wobei dieser Einfallsstrahl
vorteilhaft ein Laserstrahl ist und der Sensor vorteilhaft eine
Photodiode ist.
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Das
Vorsehen einer Oberflächenänderung der
Schmelze erfolgt dadurch, dass die beim Schweißen vom Beschichtungsmaterial
abgegebene Dampfmenge gemessen wird und mit einer vorbestimmten
abzugebenden Dampfmenge dieses Materials verglichen wird, wobei
die Messung der abgegebenen Dampfmenge vorzugsweise spektroskopisch erfolgt.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
besteht das Verfahren darin, den Energiestrahl so zu steuern, dass
die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, die Durchbohrung
jeglicher Dampfblase des im aufgeschmolzenen Schweißmaterial vorliegenden
Dampfs des Beschichtungsmaterials während jedes Pausenimpulses
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls
auszuführen,
um den Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen.
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Gemäß einer
noch weiteren Ausführungsvariante
besteht das Verfahren darin, den Energiestrahl so zu steuern, dass
die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, bei jedem
Pausenimpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen
des Energiestrahls die Kapillare und zumindest einen Kanal in ständige Verbindung
zu setzen, der durch den Dampfdruck des Beschichtungsmaterials in
dem aufgeschmolzenen Schnittstellenbereich der beiden zu verschweißenden Bleche
gebildet wird, um ein Abführen
des Dampfs dieses Materials bei jedem Pausenimpuls zu erreichen.
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Gemäß der einen
oder anderen der beiden oben genannten Ausführungsvarianten besteht das Verfahren
dann, die Breite eines jeden Pausenimpulses des Energiestrahls zu
vermindern bzw. während der
Dauer eines jeden Pausenimpulses des Energiestrahls einen zusätzlichen
Impuls einzuführen,
um die vorgenannte Dampfblase aufzustechen bzw. die Verbindung zwischen
der Kapillare und dem Kanal aufrechtzuhalten.
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Jeder
vorgenannte Energiestrahl ist vorzugsweise ein Laserstrahl.
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Die
Erfindung wird im Laufe der nachfolgenden erläuternden Beschreibung besser
verständlich, aus
der weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen deutlicher hervorgehen, die sich nur beispielhaft
verstehen und mehrere Ausführungsformen
der Erfindung darstellen, worin zeigt:
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1 ein
Verfahren zum Verschweißen
von beschichteten Blechen mittels eines Laserstrahls mit Bildung
von Dampf, der von der Verdampfung des Beschichtungsmaterials der
Bleche stammt,
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2 den
Auswurfeffekt von Schmelze beim Schweißen aufgrund des Dampfs des
Beschichtungsmaterials der Bleche,
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3 den
Schweißzustand
während
eines Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen
des Energiestrahls mit im Bereich um die Schmelze herum eingeschlossenem Zinkdampf,
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4 die
Bildung einer Zinkdampfblase, die während eines Pausenimpulses
des Energiestrahls in der Schmelze entsteht, ohne dabei das Auswerfen dieser
Schmelze hervorzurufen,
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5 die
Bildung einer Zinkdampfblase in der Schmelze, wie sie vollständig diese
Schmelze auswirft,
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6 bis 8 eine
Ausführungsform
der Erfindung, die es ermöglicht,
ein Abheben von Schmelze zu erfassen und die Schmelze zu durchbohren,
um den in der Blase dieser Schmelze vorhandenen Zinkdampf abzuführen,
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9 eine
normale Abfolge von Schweißimpulsen
des gepulst betriebenen Schweißenergiestrahls
zum Verschweißen
zweier Bleche,
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10 bis 12 jeweils
eine veränderte Impulsfolge
des gepulst betriebenen Schweißenergiestrahls,
der es ermöglicht,
die Zinkdampfblase in der Schmelze aufzustechen,
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13 und 14 eine
Ausführungsvariante
der Erfindung, bei welcher über
den Schweißenergiestrahl
eine Verbindung zwischen der Kapillare und einem in der Schnittstelle
der beiden zu verschweißenden
Bleche gebildeten Kanal während
eines jeden Pausenimpulses dieses Strahls aufrechtzuhalten, um das
Abführen
von Zinkdampf zu begünstigen,
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15 eine
Draufsicht entlang Pfeil XV aus 1, die eine
Ausführungsform
zeigt, die nicht von den Ansprüchen
gedeckt wird und es ermöglicht,
die Querschnittsform der Kapillare zu ändern, um das Abführen von
Zinkdampf zu begünstigen,
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16 eine
Schnittansicht ähnlich
wie 1 bis 8, jedoch bei der Ausführungsform
nach 15, und
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17 ein
optisches System, mit dem ein im Querschnitt elliptischer Strahl
erhalten werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Verschweißen
von beschichteten Blechen mit Hilfe eines Energiestrahls, wie etwa
eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, bei dem Auswürfe der
Metallschmelze vermieden werden, wird in bezug auf zwei verschiedene
Ausführungsformen
beschrieben, von denen in der einen ein gepulst betriebener Schweißenergiestrahl
und in der anderen ein derartiger sowohl gepulst als auch kontinuierlich
betriebener Energiestrahl benutzt wird, der nicht von den Ansprüchen gedeckt
wird, aber für
das Verständnis
der Erfindung nützlich
ist.
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Die
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei welcher der Energiestrahl nur gepulst betrieben wird, wird nun
anhand von 6 bis 8 beschrieben,
bei denen gleiche Teile wie bei dem bereits anhand von 1 bis 5 beschriebenen
Schweißverfahren
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird das Abheben der Flüssigschmelze 10 bei
der Bildung der Zinkdampfblase 13 in dieser Schmelze während des Pausenabschnitts
der Impulse des einfallenden Energiestrahls erfasst, indem eine
Quelle 15 verwendet wird, die einen Einfallsstrahl 16,
wie etwa einen HeNe-Laserstrahl in Richtung der Flüssigschmelze 10 abgibt.
Selbstverständlich
unterscheidet sich die Quelle 15 von der Quelle 17,
die zum Schweißen dient,
und es ist auch ein Sensor 18 vorgesehen, wie etwa eine
Photodiode, mit der Änderungen
in der Richtung, Stärke
oder Form des von der Oberfläche der
Flüssigschmelze 10 reflektierten
Strahls 19 gemessen werden können. Die von dem Sensor 18 gelieferten
elektrischen Signale, welche repräsentativ sind für derartige Änderungen,
werden an eine (nicht dargestellte) Verarbeitungseinheit angelegt,
der die Quelle 17 oder eine Hilfsquelle eines Energiestrahls so
steuern kann, dass die von dieser ausgegebenen Impulse es ermöglichen,
die Zinkdampfblase 13 durch die Flüssigschmelze 10 hindurch
aufzustechen und den Zinkdampf nach außen abzuführen, wenn die Oberfläche der
Flüssigschmelze 10 sich
in eine bestimmte Höhe
abgehoben hat. Genauer gesagt kann dann, wenn die Oberfläche der
Flüssigschmelze 10 aufgrund
der Blase 13 angehoben ist, wie in 7 dargestellt
ist, der reflektierte Strahl 19 durch die gewölbte Form
der Oberfläche
der Schmelze 10 so abgelenkt werden, dass er nicht mehr
auf den Sensor 18 trifft oder aber unter einem anderen
Winkel auf diesen trifft. Unter diesen Bedingungen liefert der Sensor 18 kein
elektrisches Signal mehr oder er liefert ein abgeändertes
Signal, so dass die Verarbeitungseinheit die Quelle 17 bzw.
die Hilfsquelle so steuert, dass der Energiestrahl während der
Dauer Tp eines jeden Pausenimpulses Ip der in 9 dargestellten
Impulsfolge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen
Is eine Bohrung 20 in die obere Schicht der Flüssigschmelze 10 einbringt,
die in die Blase 13 mündet
(8). Eine derartige Bohrung kann während eines
jeden Pausenimpulses erfolgen, indem die Breite der Dauer des Pausenimpulses
Ip vermindert wird, wie mit Tp1 in 10 angegeben
ist, bzw. indem während
der Dauer Tp des niedrigen Pausenimpulses Ip ein zusätzlicher
Impuls Ip2 eingeführt
wird, wie in 11 dargestellt ist, dessen Breite
und Stärke
so definiert sind, dass nur der blasenförmige Teil der Flüssigschmelze 10 durchstochen
wird, um die Blase 13 zu erreichen. Selbstverständlich kann
die Erfassung des Aufsteigens der Flüssigschmelze 10 unter
der Wirkung der Zinkdampfblase 13 über jegliche andere optische
Bildverarbeitungsvorrichtung erfolgen, beispielsweise über eine
Videokamera, ein Interferenzmessverfahren, usw., wobei diese Vorrichtungen
bevorzugt im optischen Fokussierungskopf für den Schweißstrahl
integriert sind. In 6 bis 8 ist die
Laserstrahlhilfsquelle 21 dargestellt, die dazu verwendet
wird, das Abführen
von Zinkdampf zu begünstigen
und sich vorzugsweise im hinteren Bereich der Kapillare 9 befindet,
da festgestellt wurde, dass Dämpfe
leichter im hinteren Bereich dieser Kapillare abzuführen sind.
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Gemäß einer
Variante der ersten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt das Aufstechen der Zinkdampfblase 13 durch
die Flüssigschmelze 10 hindurch
aufgrund der Erfassung von schwindenden Wellen an der Oberfläche der
Flüssigschmelze
mit Hilfe von geeigneten Mitteln. Mit einem eventuellen Aufblähen der
Flüssigschmelze
werden nämlich Oberflächenunebenheiten
derselben geglättet,
die auf hydrodynamische Bewegungen zurückzuführen sind. Unter der Wirkung
von Oberflächenspannungskräften schwinden
oder vermindern sich die Wellen und die Erfassung jeglicher Änderung
an der Oberfläche
der Schmelze 10 kann die Bildung einer Zinkdampfblase 13 aufdecken.
Ein derartiger Hinweis kann wie bei der vorangehenden Ausführungsvariante
beschrieben erfasst und verarbeitet werden, indem die Impulsfolge
des Energiestrahls, vorzugsweise der Schweißstrahl wie in 10 bzw.
in 11 dargestellt abgestimmt wird.
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Gemäß einer
weiteren Variante dieser Ausführungsform
kann das Aufstechen der Zinkdampfblase 13 dadurch erfolgen,
dass das Abheben der Flüssigschmelze 10 durch
Messen der zuvor abgeführten
Zinkdampfmenge vorgesehen wird. Wie bereits vorangehend erläutert wurde,
drückt
sich der Schweißvorgang
nämlich
durch Verdampfung einer bestimmten Zinkbeschichtungsmenge an der Schnittstelle
der zu verschweißenden
Bleche 2, 3 aus. Wenn die während jedes Pausenimpulses
des Energiestrahls abgeführte
Menge an Zinkdampf unter der vorgestimmten abzuführenden Menge liegt, ist ein
Auswurf von Flüssigschmelze 10 vorhersehbar.
Unter diesen Bedingungen wird das Ergebnis eines solchen Vergleichs
so genutzt, dass die Dauer eines jeden Pausenimpulses vermindert
wird, wie in 10 dargestellt ist, oder aber
es wird ein zusätzlicher
Impuls in den Pausenimpuls eingeführt, wie in 11 dargestellt
ist, um während
eines jeden Pausenimpulses die Bohrung 20 zum Abführen des
in der Blase 13 vorhandenen Zinkdampfs auszuführen. Die beim
Schweißen
abgeführte
Zinkmenge kann nach einer Kalibrierung durch eine Analyse unter
stabilen Betriebsbedingungen spektroskopisch gemessen werden.
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Gemäß einer
noch weiteren Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung kann
die Durchbohrung 20 der Zinkdampfblase 13, anstatt
nach Erfassung des Anhebens der Schmelze in Echtzeit, wie anhand
von 6 bis 8 erläutert ist, stetig erfolgen,
und zwar in systematischer Weise bei jedem Schweißzyklus
Ts + Tp der von der Schweißenergiequelle 17 oder
von der Hilfsquelle abgegebenen Impulsfolge. Somit kann während der
Dauer Tp des Pausenimpulses Ip dieser Impulsfolge zumindest ein Impuls
mit abgestimmter Form Ip2 eingefügt
werden, wie in 11 dargestellt ist, um die Bohrung 20 durchzuführen.
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Gemäß einer
letzten Variante dieser Ausführungsform
der Erfindung kann das Abführen
von Zinkdampf auch dadurch erfolgen, dass eine Verbindung zwischen
der Kapillare 9 der Flüssigschmelze 10 und
dem Kanal 12 aufrechtgehalten wird, der wie vorangehend
anhand von 1 und 2 erläutert gebildet
ist. Dazu wird die Form der vom Schweißenergiestrahl oder vom externen
Energiestrahl abgegebenen Impulsfolge so gewählt, dass sie derjenigen der
Impulsfolge aus 11 oder derjenigen der Impulsfolge
aus 12 entspricht, die beispielhaft angegebene Impulsfolgenformen
sind. Somit wird während
eines jeden Schweißzyklus
der Pausenimpuls Ip abgestimmt, um die ständige Verbindung bzw. Kommunikation
zwischen Kanal 12 und Kapillare 9 herzustellen,
wie in 12 dargestellt ist. 14 zeigt
den impulsweise abgegebenen Energiestrahl 1, der von der
Schweißquelle
bzw. von der externen Quelle geliefert wird, dessen Impulse entsprechend der
Impulsfolge von 11 bzw. 12 erzeugt
werden, um die ständige
Verbindung zwischen Kanal 12 und Kapillare 9 zu
bilden.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform,
die nicht von den Ansprüchen
gedeckt wird, wird der Energiestrahl, mit dem beschichtete Bleche 2, 3 sowohl gepulst
betrieben als auch kontinuierlich betrieben verschweißt werden
können,
indem das Entweichen von Zinkdampf durch die Kapillare 9 verbessert
wird und somit Auswürfe
von Flüssigschmelze 10 vermieden
werden, darauf abgestimmt, die Kapillare 9 so zu erzeugen,
dass sie im Querschnitt eine längliche,
insbesondere im wesentlichen elliptische Form aufweist, wie in 15 dargestellt
ist, wobei die Hauptachse dieser elliptischen Form in Richtung der
Verlagerung des Schweißenergiestrahls
gerichtet ist, die mit Pfeil F1 angedeutet ist. Der Energiestrahl,
mit dem die elliptische Kapillare 10 erzeugt werden kann, kann
von der Schweißquelle
bzw. einer externen Quelle geliefert werden und ist vorzugsweise
ein Laserstrahl. Die energiemäßige Verteilung
bei diesem elliptischen Querschnitt der Kapillare 10 ist
so bestimmt, dass sie einen Schweißprozess gestattet und dabei
die Kapillare verlängert,
um nicht den Austritt von Dampf der Beschichtung zu behindern, den
Einfluss von Metalldampf bei dessen Abführen auf die Stabilität des Schweißverfahrens
zu vermindern und somit die Durchtrittsmenge aufgrund eines größeren Querschnitts
der Kapillare 9 zu erhöhen.
Es wurde festgestellt, dass eine stabile Kapillare mit einem im Querschnitt
länglichen
Strahl erreicht werden kann, was bei einem im Querschnitt kreisrunden
Strahl nicht immer der Fall ist.
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In 16 ist
ersichtlich, dass durch diese Querschnittserweiterung die Zinkdämpfe leichter
entweichen und/oder auf die Rückseite
der Kapillare treffen, ohne diese dabei zu verformen und/oder dabei
Gefahr zu laufen, Flüssigkeitsauswürfe hervorzurufen,
wie dies beispielsweise bei 2 der Fall
ist.
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Die
längliche,
insbesondere elliptische Form der Kapillare 9 kann durch
verschiedene Techniken erzeugt werden. Eine dieser Techniken besteht
darin, einen im Querschnitt kreisrunden, jedoch geneigt zur Oberseite
des Blechs 2 verlaufenden Energiestrahl zu verwenden, so
dass der waagrechte Querschnitt dieses Strahls elliptisch ist. Eine
weitere Technik besteht darin, dass eine oder mehrere zylindrische
bzw. asphärische
Linsen, ein oder mehrere zylindrische oder asphärische Spiegel oder auch Ablenkungselemente
oder jegliche andere analoge Vorrichtung Anwendung finden, die im
Strahlengang des Energiestrahls so angeordnet ist, dass sie die
elliptische Form der Kapillare 9 während des Schweißvorgangs erzeugt.
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17 zeigt
ein optisches System, mit dem ein elliptischer Strahl erzeugt werden
kann. Dieses System enthält
zwei zylindrische Spiegel 22 und 23, die in bekannter
Weise ein Teleskop bilden, so dass der Strahl, den sie bilden, ein
definiertes Verhältnis von
Länge zu
Breite hat, sowie einen herkömmlichen parabolischen
Spiegel 24, welcher diesen Strahl auf einen Punkt fokussiert.
Der Abstand d zwischen den beiden Spiegeln 22 und 23 ist
einstellbar und ermöglicht
somit eine Fokussierung entlang der Hauptachse und der Nebenachse
der Ellipse an der gleichen Stelle. Mit anderen Worten kann der
Astigmatismus bei Bedarf auf null eingestellt werden.
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Das
Interesse dieses optischen Systems liegt darin, über ein Fokussierungssystem
und ein das oben genannte Verhältnis
schaffendes System zu verfügen,
die voneinander unabhängig
sind. Es kann das Verhältnis
geändert
oder die Fokussierung bei gleichem Verhältnis geändert werden. Anzumerken ist,
dass die Einfallswinkel des Strahls auf die Spiegel so optimiert
sind, dass das optische System sich leicht einstellt und optische
Aberrationen minimiert.
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Eine
noch weitere Technik besteht darin, einen Energiestrahl zu verwenden,
der in Richtung der Verlagerung beim Schweißen schwingt, so dass die elliptische
Form der Kapillare 9 erzeugt wird. Schließlich können zwei
oder mehrere Energiestrahlen mit geeigneten Positionen und Anstellwinkeln
verwendet werden, um die elliptische Kapillare 9 zu erzeugen.
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Somit
ermöglicht
eine Optimierung der elliptischen Form der Kapillare 9 ein
Abführen
von Zinkdampf, ohne dabei die Metallschmelze 10 zu beeinträchtigen,
und die Abführmenge
von Dampf des Beschichtungsmaterials zu erhöhen.
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Schließlich sei
angemerkt, dass die Intensitätsverteilung über den
Querschnitt des Schweißstrahls
derart ist, dass sie das Schweißen
ermöglicht und
es dabei optimiert, um Energie zu sparen. Es wurde nämlich festgestellt,
dass die besten Ergebnisse mit einer Intensität des Strahls erreicht werden, die
in dessen in Verlagerungsrichtung vorderen Bereich stärker ist.