EP4601832A1

EP4601832A1 - VERFAHREN ZUM LASERSTRAHLSCHWEIßEN ZWEIER BAUTEILE

Info

Publication number: EP4601832A1
Application number: EP23772151.9A
Authority: EP
Inventors: Paul Sebastian Baireuther; Peter Stritt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2023-09-12
Publication date: 2025-08-20
Also published as: CN120035497A; WO2024078804A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile (1, 2), bei dem mittels wenigstens eines Laserstrahls (LS1, LS2) das Material der beiden Bauteile (1, 2) zur Bildung wenigstens einer Schweißnaht (SN1, SN2) aufgeschmolzen wird, wobei die beiden Bauteile (1, 2) in Bezug zu einer Einstrahlrichtung des wenigstens einen Laserstrahls (LS1, LS2) auf die beiden Bauteile (1, 2) übereinander angeordnet werden.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile, bei dem die Gefahr von undichten Schweißnähten reduziert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise dazu, Bi-Polarplatten von Brennstoffzellen miteinander zu verbinden, wobei die Verbindungen relativ lange Schweißnähte aufweisen, deren Dichtheit gewährleistet sein soll.

Stand der Technik

Aus der US 2006/0054664 A1 ist ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Insbesondere sich auch Ausführungsformen einer Schweißbahn mit mehreren Schweißnähten aus dieser Schrift bekannt, bei der sich die Schweißnähte (lediglich) bereichsweise berühren bzw. kreuzen.

Aus der DE 102019215 181 A1 der Anmelderin ist darüber hinaus ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile bekannt, das sich dadurch auszeichnet, dass zwei in Bezug zur Einstrahlrichtung von Laserstrahlen nebeneinander angeordnete Bauteile dadurch verbunden werden, dass beabstandet zu dem Verbindungsbereich der Bauteile das Material der beiden Bauteile durch jeweils einen Laserstrahl aufgeschmolzen wird, sodass sich im Verbindungsbereich ein gemeinsamer Schmelzbereich ergibt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das bekannte Verfahren eine einzige, typischerweise relativ breite Schweißnaht zum Verbinden der beiden Bauteile erzeugt. Damit soll die Gefahr einer undichten Schweißnaht, verursacht beispielsweise durch zwischen den beiden Bauteilen auftretenden Spalte, reduziert und eine qualitativ hochwertige Schweißnaht erzielt werden. Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit der Undichtheit des Verbindungsbereichs zwischen den beiden Bauteilen weiter reduziert ist bzw. qualitativ besonders hochwertige Schweißbahnen erzeugt werden können.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Bauteile entlang des eine Schweißbahn erzeugenden Verbindungsbereichs durch wenigstens zwei separate Schweißnähte miteinander zu verbinden, und zwar derart, dass die Schweißnähte entlang der Schweißbahn in sich geschlossene Zellen bzw. Abschnitte ausbilden, wobei die wenigstens zwei Schweißnähte in Bezug auf ein und dieselbe Stelle der Schweißbahn derart erzeugt werden, dass das Material der zuerst erzeugten Schweißbahn bereits zumindest teilweise erstarrt ist, um eine Kollision zweier flüssiger Schweißbäder zu vermeiden. Eine derartige Ausbildung und Anordnung wenigstens zweier Schweißnähte reduziert die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Undichtheit des Verbindungsbereichs, da für das Auftreten einer Undichtheit die wenigstens zwei Schweißnähte im Bereich einer Zelle gleichzeitig undicht sein müssten. Ein derartiger Fall ist relativ unwahrscheinlich. Da darüber hinaus Stellen, an denen sich die einzelnen Schweißnähte kreuzen bzw. berühren einen sehr geringen Teilbereich der Schweißbahn ausmachen, und dort aufgrund einer bereits zumindest teilweise erstarrten Schweißnaht Unregelmäßigkeiten dieser Schweißnaht beim Erzeugen der anderen Schweißnaht reduziert sind, da keine Kollision bzw. Durchmischung mit Material der später erzeugten Schweißnaht auftritt, ist die Wahrscheinlichkeit eines undichten Verbindungsbereichs sehr gering. Insbesondere lassen sich dadurch komplexe Wechselwirkungen zwischen den Schweißbädern der Schweißnähte vermeiden.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass die wenigstens zwei Schweißnähte zumindest in den Bereichen, an denen sich die wenigstens zwei Schweißnähte berühren, mit einem zeitlichen Versatz erzeugt werden, sodass das Material einer erzeugten Schweißnaht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig erstarrt ist, wenn zur Ausbildung einer anderen Schweißnaht der wenigstens eine Laserstrahl den Bereich erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren, das es ermöglicht, die Schweißnähte der Schweißbahn mittels eines Mehrfachspots quasi simultan, jedoch mit räumlichem Abstand zueinander auszubilden, sieht vor, dass die wenigstens zwei Schweißnähte zeitlich gleichzeitig und vorzugsweise mit einem räumlichen Abstand in Bezug auf die Erstreckung der Schweißbahn erzeugt werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die wenigstens zwei Schweißnähte zeitlich parallel, aber mit einem räumlichen Abstand erzeugt werden, so dass in Richtung der Erstreckung der Schweißbahn zeitlich zuerst eine erste Schweißnaht und räumlich folgend, aber zeitlich parallel eine zweite oder eine weitere Schweißnaht erzeugt wird.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich weitere Bereiche entlang der Schweißbahn erzeugt werden, in denen die wenigstens zwei Schweißnähte einen Abstand zueinander aufweisen. Dies ermöglicht beispielsweise besonders breite Schweißbahnen mit vorteilhaften mechanischen Verbindungseigenschaften und elektrischen Kontaktierungseigenschaften der beiden Bauteile im Vergleich zu einer einzigen Schweißnaht.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass sich die wenigstens zwei Schweißnähte einander überlappen oder kreuzen.

Hinsichtlich der Geometrie der Schweißnähte gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Bevorzugt ist es mit Blick auf eine relativ einfache Strahlführung vorgesehen, dass in Richtung der Schweißbahn betrachtet entweder ausschließlich geradlinige Schweißnähte, oder eine Kombination aus wenigstens einer geradlinigen und wenigstens einer sinus- oder kreisbogenabschnittsförmigen Schweißnaht, oder eine Kombination bestehend aus wenigstens zwei sinus- oder kreisbogenabschnittsförmigen Schweißnähten ausgebildet werden.

Eine Weiterbildung der beschriebenen Geometrie der Schweißnähte sieht vor, dass im Falle der Ausbildung wenigstens zweier sinus- oder kreisbogenabschnittsförmiger Schweißnähte diese identisch ausgebildet werden und in Richtung der Schweißbahn und/oder senkrecht zur Richtung der Schweißbahn betrachtet einen Versatz zueinander aufweisen.

Auch die Form der Schweißbahn ist grundsätzlich beliebig variierbar. Bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass mittels der wenigstens zwei Schweißnähte eine geradlinige Schweißbahn oder eine zumindest bereichsweise gekrümmte Schweißbahn erzeugt wird.

Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Schweißnähte durch wenigstens einen Laserstrahl erzeugt werden, der zur Ausbildung der jeweiligen Schweißnaht eine unterschiedliche Leistung und/oder einen unterschiedlichen Spotdurchmesser und/oder eine unterschiedliche Fokusebene aufweist. Damit lassen sich beispielsweise systematisch auftretende Undichtigkeiten im Bereich einer Schweißnaht aufgrund der dieser Schweißnaht zugrundeliegenden Schweißparameter zwar nicht vermeiden, diese Undichtigkeiten können jedoch durch die unterschiedlich gewählten (Schweiß-) Parameter zur Ausbildung der anderen Schweißnaht dort typischerweise nicht auftreten. Somit reduziert diese Maßnahme zusätzlich die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Auftretens undichter Schweißnähte.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der zumindest eine Laserstrahl zumindest zwei Spots aufweist, wobei die zumindest zwei Spots einen vorbestimmten Abstand aufweisen, der durch einen Abstandsvektor beschrieben ist. Vorzugsweise wird dabei ein Laserstrahl in zwei Teillaserstrahlen mit jeweils einem Spot aufgeteilt. Dies trägt dazu bei, dass die zumindest zwei Schweißnähte besonders einfach und schnell erzeugt werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der vorbestimmte Abstand in Betrag und/oder Richtung bei der Erzeugung der Schweißnähte relativ zur Schweißbahn konstant sein kann. Der Abstand zwischen den Laserspots bleibt konstant. Der Winkel der Verwindungslinie zwischen den Laserspots und der Schweißbahn bleibt konstant. Der Abstand der Laserspots zur Schweißbahn bleibt vorzugsweise jedoch nicht konstant. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass ein erster Spot der zumindest zwei Spots ein Master-Spot und ein zweiter Spot der zumindest zwei Spots ein Slave-Spot ist, wobei der Slave-Spot dem Master- Spot mit dem vorbestimmten und vorzugsweise konstanten Abstand bei der Bildung der Schweißbahn folgt. Dabei bedeutet folgen insbesondere, dass der Slave-Spot dem Master-Spot in der Art eines Schattens folgt, aber nicht indem der Slave-Spot die vom Master-Spot überstrichenen Punkte erneut überstreicht. Dabei bleibt der Abstand als relativer Verbindungsvektor zwischen dem Master- Spot und dem Slave-Spot unverändert. Ein in Betrag und Richtung konstante Abstand hat den Vorteil, dass dies technisch einfach zu realisieren ist. Vorteilhaft ist alternativ oder zusätzlich, dass sich die zumindest zwei Spots während der Erzeugung der Schweißnähte um eine Spotachse drehen oder rotieren oder oszillieren. Dies ermöglicht es, dass die beschriebenen Konturen der Schweißnähte einfach erzeugbar sind. Vorzugsweise ist die Spotachse dabei im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der Bauteile ausgerichtet. Die Spotachse ist eine Achse in der Mitte zwischen den zumindest zwei Laserstrahlen, welche die zumindest zwei Spots erzeugen, wobei die Spotachse im Wesentlichen parallel zu den Laserstrahlen ist. Erzeugt ein Strahlteiler die zwei Teilstrahlen aus einem Laserstrahl (Doppelspot), dann laufen diese Teilstrahlen leicht auseinander und sind somit nur im Wesentlichen parallel. Folglich verläuft auch die Spotachse im Wesentlichen parallel zu den Teilstrahlen.

Das soweit beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile findet bevorzugt Verwendung beim Verbinden von Bi-Polarplatten von Brennstoffzellen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Verbindungsbereich zweier übereinander angeordneter Bauteile im Bereich einer Laserschweißnaht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Verbindungsbereich der Fig. 1 zur Erläuterung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens,

Fig. 3 in Analogie zur Fig. 2 eine Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform von Schweißnähten,

Fig. 4 einen Schnitt in der Ebene IV— IV der Fig. 3,

Fig. 5 bis

Fig. 9 jeweils in Draufsicht entsprechend der Fig. 3 unterschiedliche Formen von Schweißnähten bei Verwendung von zwei oder drei Schweißnähten,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Schweißbahn mit einem bereichsweise kurvenförmigen Verlauf,

Fig. 11 eine Draufsicht einer ersten Variante einer Schweißbahn, und

Fig. 12 eine Draufsicht einer zweiten Variante einer Schweißbahn.

Ausführungsformen der Erfindung

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist in einer schematischen Seitenansicht ein Teilabschnitt eines Verbindungsbereichs VB zweier insbesondere plattenförmiger Bauteile 1 , 2 gezeigt, die entlang einer Schweißbahn SB bei übereinander angeordneten Bauteilen 1 , 2 miteinander verbunden sind. Die beiden Bauteile 1, 2 sind auf einander zugewandten Seiten in Anlagekontakt zueinander angeordnet. Rein beispielhaft weisen die beiden Bauteile 1, 2 die gleiche Dicke bzw. Materialstärke auf. Weiterhin bestehen die beiden Bauteile 1, 2 aus artgleichen Materialien bzw. miteinander verschweißbaren Materialien. Vorzugsweise handelt es sich bei den Bauteilen 1 , 2 um Bi-Polarplatten einer Brennstoffzelle.

Die Schweißbahn SB wird durch eine Laserstrahleinrichtung 100 erzeugt, die dazu ausgebildet ist, mittels beispielhaft zweier Laserstrahlen LS1 und LS2 zwei separate Schweißnähte SN1 und SN2 zu erzeugen. Hierzu kann es wie dargestellt vorgesehen sein, dass die Laserstrahleinrichtung 100 eine Optikeinrichtung 101 aufweist, mittels der die beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 aus einer einzigen Laserstrahlquelle 105 erzeugt bzw. ausgekoppelt werden. Alternativ (nicht dargestellt) kann die Laserstrahleinrichtung 100 auch zwei separate Laserstrahlquellen zur Erzeugung der beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 aufweisen. Weiterhin dient die Optikeinrichtung 101 dazu, die beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 zur Erzeugung der Schweißbahn SB entlang des Pfeils 103 entlang der Bauteile 1 , 2 zu führen, wobei die beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 senkrecht zur Ebene der beiden Bauteile 1, 2 geführt werden. Die beiden Bauteile 1, 2 sind in Bezug zur Einstrahlrichtung der Laserstrahlen LS1 und LS2 auf die Bauteile 1, 2 übereinander angeordnet, d.h., dass die beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 von der dem zweiten Bauteil 2 abgewandten Seite auf das erste Bauteil 1 auftreffen. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Laserstrahlen LS1 und LS2 nicht senkrecht, sondern unter einem schrägen Winkel auf das erste Bauteil 1 auftreffen.

Die beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 treffen zeitlich und/oder örtlich versetzt auf die Bauteile 1, 2. Dabei können die Laserstrahlen LS1 und LS2 unterschiedliche Leistungen bzw. Energiedichten aufweisen und/oder einen unterschiedlichen Spotdurchmesser und/oder eine unterschiedliche Fokusebene aufweisen. Aus der Fig. 3 ist darüber hinaus insbesondere erkennbar, dass zwischen den beiden Laserstrahlen LS1 und LS2 ein räumlicher Abstand b oder ein zeitlicher Versatz t in Bezug auf die Erzeugung der beiden Schweißnähte SN1 und SN2 in Richtung des Pfeils 103, d.h. in Bezug auf eine Stelle der Schweißbahn SB ausgebildet ist. Dieser räumliche Abstand b bzw. zeitliche Versatz t ist derart groß, dass das Material der zuerst an einer Stelle erzeugten Schweißnaht SN 1 , SN2 bereits zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig erstarrt ist, wenn die andere Schweißnaht SN2, SN1 an dieser Stelle erzeugt wird, wenn es sich bei dieser Stelle um einen Bereich 17 handelt, an dem sich die beiden Schweißnähte SN1 , SN2 berühren oder kreuzen.

In der Fig. 2 ist ein weiterer Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem mittels wenigstens eines Laserstrahls LS1 , LS2 zwei Schweißnähte SN1 und SN2 erzeugt werden, die die Schweißbahn SB ausbilden, wobei die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 geschlossene Zellen Z1 bis ZN, im dargestellten Ausschnitt der Schweißbahn SB sieben Zellen Z1 bis Z7 ausbilden. Rein beispielhaft werden die Zellen Z1 bis ZN dadurch gebildet, dass die Schweißnaht SN1 als geradlinige Schweißnaht SN1 ausgebildet ist, während die Schweißnaht SN2 erste Abschnitte 11 aufweist, die parallel im Abstand zur Schweißnaht SN1 verlaufen und zweite Abschnitte 12, die rechtwinklig zu den ersten Abschnitten 11 verlaufen und die ersten Abschnitte 11 der ersten Schweißnaht SN1 mit der zweiten Schweißnaht SN2 verbinden. Dadurch ergeben sich in Draufsicht rechteckförmige Zellen Z1 bis ZN.

Ergänzend wird erwähnt, dass die Form der Zellen Z1 bis ZN von der rechteckigen Form beliebig abweichen kann. Wesentlich ist lediglich, dass die Zellen Z1 bis ZN als geschlossene Zellen Z1 bis ZN ausgebildet werden. Auch können die Zellen Z1 bis ZN einer Schweißbahn SB unterschiedliche Größen und/oder Formen aufweisen.

Weist nun eine Schweißnaht SN1 oder SN2 im Bereich einer der Zellen Z1 bis ZN eine Undichtheit auf, was in der Fig. 2 am Beispiel der Zellen Z2 und Z4 durch die Lücken 14 verdeutlicht sein soll, so ist die Schweißbahn SB in einer durch den Doppelpfeil 15 gekennzeichneten, senkrecht zur Schweißbahn SB verlaufenden Richtung insgesamt gesehen weiterhin dicht, da die Zellen Z1 bis Z7 bzw. die Schweißbahn SB durch die zwei Schweißnähte SN1 und SN2 begrenzt sind, und da im Bereich der beiden Zellen Z2 und Z4 lediglich eine der beiden Schweißnähte SN1 und SN2 undicht ist. Weiterhin gilt in abstrahierter Betrachtungsweise, dass die Wahrscheinlichkeit einer Undichtheit einer Schweißnaht SN1 bzw. SN2 im Bereich einer Zelle Z1 bis Z7 mit einem Faktor p1 bzw. p2 angegeben werden kann. Somit beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass beide Schweißnähte SN1 und SN2 im Bereich ein und derselben Zelle Z1 bis Z7 undicht sind p1 x p2. Da dieses Produkt stets kleiner ist als jeder Faktor p1 , p2 für sich genommen, ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer undichten Schweißbahn SB bei geschlossenen Zellen Z1 bis Z7 reduziert.

Da das Ausbilden der in der Fig. 2 dargestellten, aus den rechteckförmigen Zellen Z1 bis ZN bestehenden Schweißbahn SB in der Praxis schwierig zu realisieren ist, werden nachfolgend vorteilhafte, in der Praxis relativ einfach zu realisierende Schweißbahnen SB beschrieben, die von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen.

So wird zunächst auf die in den Fig. 3 und 4 sowie 5 dargestellte Schweißbahn SB verwiesen. Darin ist erkennbar, dass die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 jeweils in Richtung der Schweißbahn SB betrachtet aus in unterschiedlicher Richtung bzw. Krümmung verlaufenden Kreisbogenabschnitten zusammengesetzt bzw. sinusförmig ausgebildet sind, ansonsten jedoch gleich ausgebildet sind. Weiterhin ist erkennbar, dass die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 einen sich ändernden Abstand a zueinander aufweisen, derart, dass erste Bereiche 16 erzeugt werden, in denen die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 zueinander beabstandet sind, und zweite Bereiche 17, in denen die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 einander berühren bzw. überlappen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch realisiert, dass, wie oben bereits erläutert, die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 zeitlich und/oder örtlich zueinander versetzt durch den wenigstens einen Laserstrahl LS1 , LS2 erzeugt werden.

Die beiden identisch ausgebildeten Schweißnähte SN1 und SN2 gemäß der Fig. 5 sind prinzipiell entsprechend der beiden Schweißnähte SN1 und SN2 gemäß der Fig. 3 ausgebildet. Im Gegensatz zu der Fig. 3 weisen die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 gemäß der Fig. 5 in Richtung des Doppelpfeils 18, senkrecht zur Richtung der Schweißbahn SB, eine Überlappung auf. Dies bewirkt, dass sich die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 kreuzen. Dadurch werden auch dann geschlossene Zellen Z erzeugt, wenn die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 etwas in Richtung des Doppelpfeils 18 betrachtet verschoben bzw. versetzt zueinander angeordnet sind. Weiterhin können die kreisbogenförmigen bzw. sinusförmigen Bahnabschnitte der Schweißnähte SN1 und SN2 in Richtung der Schweißbahn SB betrachtet jeweils eine geringere Länge im Vergleich zu der Fig. 3 aufweisen, sodass kleinere Zellen Z1 bis ZN erzeugt werden. Wie bereits erwähnt, können die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 auch mittels eines einzigen Laserstrahls LS1 , LS2 mittels einer Doppelspotoptik mit einem fixen (Spot-) Abstand b erzeugt werden. Dies ist deshalb möglich, da die Geometrien der beiden Schweißnähte SN1, SN2 identisch, jedoch räumlich versetzt angeordnet sind. Der Abstand b kann jedoch auch variabel gestaltet sein. Wesentlich ist lediglich, dass in einem Bereich 17 das Material einer bereits erzeugten Schweißnaht SN1 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig erstarrt ist, wenn der Laserstrahl LS2 zur Erzeugung der anderen Schweißnaht SN2 den Bereich 17 erreicht.

In der Fig. 6 ist der Fall dargestellt, bei dem eine erste Schweißnaht SN1 entsprechend der Darstellung der Fig. 3 mit einer zweiten Schweißnaht SN2 kombiniert wird, welche geradlinig ausgebildet ist. Dabei werden ebenfalls zweite Bereiche 17 entlang der Schweißbahn SB erzeugt, in deren die beiden Schweißnähte SN1 und SN2 einander teilweise überlappen, zumindest jedoch berühren.

In der Fig. 7 ist ein Grenzfall dargestellt, bei dem sich die beiden vorzugsweise mit zeitlichem Versatz erzeugten Schweißnähte SN1 und SN2 der Schweißbahn SB zumindest berühren, vorzugsweise in Richtung des Doppelpfeils 18 senkrecht zur Richtung der Schweißbahn SB bereichsweise überlappen. In diesem Fall schrumpfen die Zellen Z1 bis ZN bis auf die Größe Null. Die Ausbildung entsprechend der Fig. 7 hat den Vorteil, dass sie sich besonders einfach realisieren lässt, da keine aufwändigen Strahlführungen für den wenigstens einen Laserstrahl LS1 , LS2 erforderlich sind.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz (lediglich) zweier Schweißnähte SN1 und SN2 beschränkt. So ist in der Fig. 8 der Fall dargestellt, bei dem zwei Schweißnähte SN1 und SN2 entsprechend der Anordnung der Fig. 3 mit einer dritten Schweißnaht SN3 kombiniert werden, die auf der der ersten Schweißnaht SN1 abgewandten Seite der zweiten Schweißnaht SN2 angeordnet ist und die zweite Schweißnaht SN2 berührt. Somit werden sowohl zwischen der ersten Schweißnaht SN1 und der zweiten Schweißnaht SN2, als auch zwischen der zweiten Schweißnaht SN2 und der dritten Schweißnaht SN3 jeweils zweite Bereiche 17 ausgebildet. Dadurch wird eine nochmals erhöhte Wahrscheinlichkeit der Dichtheit der Schweißbahn SB in der senkrecht zur Schweißbahn SB verlaufenden Richtung des Doppelpfeils 18 erzielt, da im Falle einer Undichtheit im Bereich einer Zelle Z1 bis ZN im Bereich dieser Zelle Z1 bis ZN alle drei, senkrecht zur Schweißbahn SB verlaufenden Schweißnähte SN1, SN2 und SN3 undicht sein müssten.

In der Fig. 9 ist der Fall dargestellt, bei dem ähnlich zur Fig. 5 drei einander kreuzende Schweißnähte SN1, SN2 und SN3 ausgebildet werden, die jeweils in Richtung der Schweißbahn SB betrachtet einen Versatz zueinander aufweisen bzw. phasenverschoben zueinander angeordnet sind. Auch hier müssten in Analogie zur Fig. 8 alle drei Schweißnähte SN1, SN2 und SN3 auf einem geringen Teil der Länge der Schweißbahn SB gleichzeitig undicht sein, um eine undichte Schweißbahn SB zu bewirken.

Zuletzt ist in der Fig. 10 am Beispiel zweier Schweißnähte SN1 und SN2 dargestellt, dass diese symmetrisch zu einer zwischen den beiden Schweißnähten SN1 und SN2 verlaufenden Symmetriegeraden 20 angeordnet sind. Derartige, nicht dargestellte Symmetriegeraden 20 sind auch bei den Anordnungen der Fig. 3, 5 und 9 vorhanden. Die Schweißbahn SB bei der Fig. 10 weist darüber hinaus neben zwei geradlinig ausgebildeten Schweißbahnabschnitten 21 und 22 beispielhaft einen viertelkreisförmig ausgebildeten, gekrümmten Schweißbahnabschnitt 23 auf, der die beiden Schweißbahnabschnitte 21 und 22 miteinander verbindet. Die Darstellung der Fig. 10 soll verdeutlichen, dass durch entsprechend geformte bzw. angeordnete Schweißbahnabschnitte 21 und 22 insgesamt gesehen beliebige Verläufe von Schweißbahnen SB erzeugbar sind.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Geometrien der Schweißnähte SN1, SN2 und SN3 bei den in den Fig. 8 bis 9 dargestellten Schweißbahnen SB identisch sind, d.h. durch Verschiebung ineinander überführt werden können. Dies ist vorteilhaft bei der Erzeugung der Schweißnähte SN1, SN2, SN3 mittels eines einzigen Laserstrahls LS1 , LS2 und einer Optik mit einem festen Abstand b zwischen den Spots.

Das soweit beschriebene Verfahren kann auf vielfältige Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es nicht zwingend erforderlich, dass die wenigstens zwei Schweißnähte SN1 , SN2 und SN3 identisch ausgebildet sind, beispielsweise jeweils sinusförmig. Auch können beispielsweise bei Verwendung sinusförmiger Schweißnähte SN1, SN2 oder SN3 diese eine unterschiedliche Periodenlänge aufweisen und/oder sich deren Periodenlänge bzw. Amplitude entlang der Schweißbahn SB ändern.

Figur 11 zeigt eine erste Variante einer Schweißbahn SB mit einer ersten Schweißnaht SN1 und einer zweiten Schweißnaht SN2, welche mittels zweier aus einem Laserstrahl gebildeten Spots zeitgleich erzeugt werden. Dazu wird der Laserstrahl zunächst geteilt und trifft danach an zwei räumlich beabstandeten Punkten („Spots“) 24 und 25 auf das Bauteil. Die erste Schweißnaht SN1 berührt die zweite Schweißnaht SN2 an Berührpunkten 27. Dabei wird die erste Schweißnaht SN1 durch einen Master-Spot 24 und die zweite Schweißnaht SN2 durch einen Slave-Spot 25 erzeugt. Der Master-Spot 24 und der Slave-Spot 25 weisen einen vorbestimmten Abstand 26 auf, wobei der vorbestimmte Abstand 26 bei der Erzeugung der beiden Schweißnähte SN1, SN2 im Betrag konstant ist und in seiner Richtung einen konstanten Winkel zur Schweißbahn SB aufweist. Bei den beiden Schweißnähten SN1, SN2 handelt es sich auf geraden Abschnitten der Schweißbahn um räumlich versetzte aber ansonsten identische Schweißnähte SN1, SN2. Die Schweißbahn SB wird in Richtung des Pfeils 103 erzeugt. In Richtung des Pfeils 103 erzeugt der Master-Spot 24 die erste Schweißnaht SN1. Zeitgleich wird - beabstandet vom Master-Spot 24 - durch den Slave-Spot 25 die zweite Schweißnaht SN2 erzeugt. Ferner zeigt die Figur 11, dass unterschiedliche vorbestimmte Abstände 26 zwischen den Master-Spots 24 und dem Slave-Spot 25 möglich sind. Die vorbestimmten Abstände 26 sind in diskreten Schritten wählbar. Die Schweißbahn SB besteht aus einer ersten Schweißnaht SN1 und einer zweiten Schweißnaht SN2, die aus zwei identischen, periodischen Geometrien bestehen, die räumlich versetzt sind. Vorzugseise ist die periodische Geometrie eine Sinusfunktion. Der vorbestimmte Abstand 26 als Verbindungsvektor zwischen dem Master-Spot 24 und dem Slave-Spot 25 ist derart gewählt, dass er die räumliche Versetzung der beiden periodischen Geometrien relativ zueinander beschreibt. Die Schweißnaht SN2 geht also aus Schweißnaht SN1 hervor, wenn die Schweißnaht SN1 lokal um den Abstand 26 verschoben wird. Es gibt von daher mehrere Möglichkeiten den Abstand 26 zu wählen, von denen einige in Figur 11 dargestellt sind. Oft ist es vorteil haft den kürzest möglichen Abstand zu wählen, der zur gewünschten Geometrie führt.

Figur 12 zeigt eine zweite Variante einer Schweißbahn SB mit einer ersten Schweißnaht SN1 und einer zweiten Schweißnaht SN2, welche mittels zweier aus einem Laserstrahl gebildeten Spots zeitgleich erzeugt werden. Dazu wird der Laserstrahl zunächst geteilt und trifft danach an zwei räumlich beabstandeten Punkten („Spots“) 24 und 25 auf das Bauteil. Die erste Schweißnaht SN1 schneidet die zweite Schweißnaht SN2 an Kreuzungspunkten 28. Dabei wird die erste Schweißnaht SN1 durch einen Master-Spot 24 und die zweite Schweißnaht SN2 durch einen Slave-Spot 25 erzeugt. Der Master-Spot 24 und der Slave-Spot 25 weisen einen vorbestimmten Abstand 26 auf, wobei der vorbestimmte Abstand 26 bei der Erzeugung der beiden Schweißnähte SN1, SN2 im Betrag konstant ist und in seiner Richtung einen konstanten Winkel zur Schweißbahn SB aufweist. Bei den beiden Schweißnähten SN1, SN2 handelt es sich auf geraden Abschnitten der Scheißbahn um räumlich versetzte aber ansonsten identische Schweißnähte SN1, SN2. Die Schweißbahn SB wird in Richtung des Pfeils 103 erzeugt. In Richtung des Pfeils 103 erzeugt der Master-Spot 24 die erste Schweißnaht SN1. Zeitgleich wird - beabstandet vom Master-Spot 24 - durch den Slave-Spot 25 die zweite Schweißnaht SN 2 erzeugt. Ferner zeigt die Figur 12, dass unterschiedliche vorbestimmte Abstände 26 zwischen den Master- Spots 24 und dem Slave-Spot 25 möglich sind. Die vorbestimmten Abstände 26 sind in diskreten Schritten wählbar. Die Schweißbahn SB besteht aus einer ersten Schweißnaht SN 1 und einer zweiten Schweißnaht SN 2, die aus zwei identischen, periodischen Geometrien bestehen, die räumlich versetzt sind. Vorzugseise ist die periodische Geometrie eine Sinusfunktion. Der vorbestimmte Abstand 26 als Verbindungsvektor zwischen dem Master-Spot 24 und dem Slave-Spot 25 ist derart gewählt, dass er die räumliche Versetzung der beiden periodischen Geometrien relativ zueinander beschreibt. Die Schweißnaht SN2 geht also aus Schweißnaht SN1 hervor, wenn die Schweißnaht SN1 lokal um den Abstand 26 verschoben wird. Es gibt von daher mehrere Möglichkeiten den Abstand 26 zu wählen, von denen einige in Figur 12 dargestellt sind. Oft ist es vorteilhaft den kürzest möglichen Abstand zu wählen, der zur gewünschten Geometrie führt.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bauteile (1 , 2), bei dem mittels wenigstens eines Laserstrahls (LS1, LS2) das Material der beiden Bauteile (1 , 2) zur Bildung wenigstens einer Schweißnaht (SN 1 , SN2) aufgeschmolzen wird, wobei die beiden Bauteile (1, 2) in Bezug zu einer Einstrahlrichtung des wenigstens einen Laserstrahls (LS1 , LS2) auf die beiden Bauteile (1 , 2) übereinander angeordnet werden, und wobei wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) erzeugt werden, die sich entlang einer durch die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) gebildeten Schweißbahn (SB) wenigstens stellenweise in Bereichen (17) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1 , SN2, SN3) zumindest in den Bereichen (17), an denen sich die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) berühren, mit einem zeitlichen Versatz (t) erzeugt werden, sodass das Material einer erzeugten Schweißnaht (SN1, SN2, SN3) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig erstarrt ist, wenn zur Ausbildung einer anderen Schweißnaht (SN1, SN2, SN3) der wenigstens eine Laserstrahl (LS1 , LS2) den Bereich (17) erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1 , SN2, SN3) gleichzeitig und vorzugsweise mit einem räumlichen Abstand (b) in Bezug auf die Erstreckung der Schweißbahn (SB) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere Bereiche (16) entlang der Schweißbahn (SB) erzeugt werden, in denen die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) einen Abstand (a) zueinander aufweisen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) einander überlappen oder kreuzen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Schweißbahn (SB) betrachtet entweder ausschließlich geradlinige Schweißnähte (SN1 , SN2, SN3), oder eine Kombination aus wenigstens einer geradlinigen und wenigstens einer sinus- oder kreisbogenabschnittsförmigen Schweißnaht (SN1, SN2, SN3), oder eine Kombination bestehend aus wenigstens zwei sinus- oder kreisbogenabschnittsförmigen Schweißnähten (SN1, SN2, SN3) ausgebildet werden. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Ausbildung wenigstens zweier sinus- oder kreisbogenabschnittsförmiger Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) diese identisch ausgebildet werden und in Richtung der Schweißbahn (SB) und/oder senkrecht zur Richtung der Schweißbahn (SB) betrachtet einen Versatz zueinander aufweisen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) eine geradlinige Schweißbahn (SB) erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) eine zumindest bereichsweise gekrümmte Schweißbahn (SB) erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schweißnähte (SN1, SN2, SN3) durch wenigstens einen Laserstrahl (LS1 , LS2) erzeugt werden, der zur Ausbildung der jeweiligen Schweißnaht (SN1, SN2, SN3) eine unterschiedliche Leistung und/oder einen unterschiedlichen Spotdurchmesser und/oder eine unterschiedliche Fokusebene aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Laserstrahl (LS1, LS2) zumindest zwei Spots aufweist, wobei die zumindest zwei Spots einen vorbestimmten Abstand (26) aufweisen. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand (26) zwischen den zumindest zwei Spots in Betrag und/oder Richtung bei der Erzeugung der Schweißnähte (SN1 , SN2, SN3) relativ zur Schweißbahn (SB) konstant ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Spot der zumindest zwei Spots ein Master-Spot (24) und ein zweiter Spot der zumindest zwei Spots ein Slave-Spot (25) ist, wobei der Slave-Spot (25) dem Master-Spot (24) mit dem vorbestimmten Abstand (26) bei der Bildung der Schweißbahn (SB) folgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest zwei Spots während der Erzeugung der Schweißnähte (SN1 , SN2, SN3) um eine Spotachse drehen oder rotieren oder oszillieren. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass damit Bi-Polarplatten einer Brennstoffzelle miteinander verschweißt werden.