WO2009077064A1 - Verfahren und vorrichtung zum randseitigen verbinden von blechen unter verwendung einer anschlussvorrichtung für die laseroptik - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum randseitigen verbinden von blechen unter verwendung einer anschlussvorrichtung für die laseroptik Download PDF

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WO2009077064A1
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Winfried Schwarz
Thilo Trabner
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Definitions

  • the invention relates to a method for marginal joining of sheets, in particular of body panels in the automotive industry, wherein in a device, the edge of a first sheet is crimped over the edge of a second sheet to form a fold, the edges are pressed together and joined together by thermal joining ,
  • DE 199 27 208 B4 is a method for edge-side joining of sheets, in particular of body panels in the automotive industry
  • edge of an outer panel is folded over the edge of an inner panel and the edges are pressed together.
  • edge of at least one of the sheets is provided with impressed protrusions, wherein the protrusions during compression by projection welding with the other
  • the invention has for its object to optimize the method described and at the same time to provide a device that still has a relation to the prior art improved functionality in a smaller footprint.
  • At least one connecting device for the laser optics of a laser welding device is mounted in the region of the fold, that introduced after the folding process, the laser optics in the region of the connecting device, for connecting the sheets at least one welding point and / or a weld generated in the fold, the laser optics removed from the connection device and optionally connected to other connection devices and after generating the required welds or welds the finished component is removed from the device.
  • a device for edge-side joining of sheets at least including a folding bed for receiving at least two sheets, folding jaws, which are in operative connection with associated Falzbackenarmen and at least one thermal joining tool, achieved in that the respective thermal joining tool is designed as a laser spot welder, which cooperates with a provided in the region of the associated folding jaw connection device, wherein the laser optics of the laser spot welder from an inoperative position at least partially inserted into the region of the connection device, and that after inserting the laser optics into the connection device and operating the laser optics the respective welding point in the rebate area of the sheets can be generated.
  • Advantageous developments of the device according to the invention can be found in the associated subject subclaims.
  • connection device or to the opening in the folding jaw creates an at least optically dense, rapidly coupled connection, so that the laser beam can not penetrate to the outside and can be dispensed with elaborate shielding and possibly also on an additional protective cabin ,
  • the respective laser optics can be guided by at least one robot.
  • no longer continuous weld proximity are produced, but only welding points or only short welds, which are preferably achieved by a small pivoting movement of the laser optics.
  • connection device It is advantageous to provide the inner surface areas of the connection device with a coating on which no sprayed material adheres, or can be easily removed if it adheres. By this measure should a rapid clogging of the connection device can be avoided.
  • ceramic layers are suitable as layers, wherein, if required, metallic layers, such as chromium layers, can also be used.
  • metallic layers such as chromium layers
  • Figures 1 and 2 are schematic diagrams of the device according to the invention for edge-side joining of sheets in different views or sections;
  • FIG. 3 shows a basic representation of a hold-down device in FIG.
  • FIG. 4 shows the holding-down device according to FIG. 3 together with the indicated thermal joining device in FIG.
  • Figures 1 and 2 show a device 1 according to the invention for edge-side joining of components in different views or sections. Visible are the following components:
  • a folding bed 2 lower folding jaws 3 (Vorfalzbacken), upper folding jaws 4 (Fertigfalzbacken), Falzbackenexcellent 5, hold 6, a connecting device 7 in the form of a tube, a first plate 8 and a second plate 9 and an indicated fold 10 in the area between the upper Falzbacken 4 and folding bed 2.
  • the tube 7 is provided stationary in the region of the upper folding jaw 4, that is firmly connected thereto.
  • the hold-6 is angularly formed, wherein the vertically extending Leg 6 "has a recess 11 which engages over the tube 7.
  • the hold-down 6 is shown in Figures 3 and 4 in a spatial representation.
  • FIG. 3 shows the state in which the sheets 8, 9 are pre-folded. Recognizable is the folding bed 2, the lower folding jaws 3, the upper folding jaws 4, the tubular connecting device 7 and the hold-down 6. To form the recess 11 two vertically extending fork-like legs 6 'are generated whose free ends in Vorfalz Kunststoff the sheets 8, 9 rest.
  • FIG. 4 shows the folding bed 2, the upper folding jaws 4, the tubular connecting device 7, the hold-down device 6 and the metal sheets 8, 9. Additionally visible is the thermal joining tool 12 in the form of a laser spot welding device.
  • the laser spot welder 12 is to be movable in this example in the vertical direction, for example by a robot (arrow) and includes a laser optics 13 only hinted here, which is inserted into the upper edge region of the tube 7.
  • the upper edge region of the tube 7 cooperates advantageously with a flexibly configured sleeve T, whereby the introduction of the laser optics 13 in the tube 7 is facilitated.
  • the sleeve T can be provided either on the laser optics 13 or on the tube 7.
  • the tube 7 is to be regarded here as a protective tube, since upon actuation of the laser optics 13, a high energy beam is generated in the direction of the fold 10, by which material is displaced from the fold area abruptly. So that this material does not caking on the inner circumference of the tube 7 and clogged selbiges in no time, the tube 7, according to another idea of the invention, at least in the region of its inner peripheral surface coated with a ceramic layer.
  • other materials such as chrome layers or the like, which can prevent caking of metal on the inner peripheral surface, are also conceivable.
  • chrome layers or the like which can prevent caking of metal on the inner peripheral surface
  • the recess 14 itself as a connection device for the laser optics 13, respectively the sleeve 7 ', form.
  • either a single laser optics 13 can be used, which is robotically pivoted into the area of spaced connection devices 7, 14 or it is worked with a plurality of laser spot welding devices 12.
  • a laser spot welder 12 an electron beam or a laser brazing process for connecting the sheets 8 and 9 can in principle also be used.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen (8,9), insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung (1 ) der Rand eines ersten Bleches (8) unter Bildung eines Falzes (10) über den Rand eines zweiten Bleches (9), gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden, wobei im Bereich des Falzes (10) mindestens eine Anschlussvorrichtung (7) für die Laseroptik eines Laserschweißgerätes angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik in den Bereich der Anschlussvorrichtung (7) eingeführt, mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik aus der Anschlussvorrichtung (7) entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen (7) angeschlossen und nach Erzeugen aller erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung (1 ) entnommen wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM RANDSEITIGEN VERBINDEN VON BLECHEN UNTER VERWENDUNG EINER ANSCHLUSSVORRICHTUNG FÜR DIE LASEROPTIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung der Rand eines ersten Bleches unter Bildung eines 5 Falzes über den Rand eines zweiten Bleches gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden.
Der DE 199 27 208 B4 ist ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau zu
10 entnehmen, wobei der Rand eines Außenbleches über den Rand eines Innenbleches gefalzt wird und die Ränder zusammengepresst werden. Vor dem Falzen wird der Rand wenigstens eines der Bleche mit eingeprägten Vorsprüngen versehen, wobei die Vorsprünge während des Zusammenpressens durch Buckelschweißen mit dem jeweils anderen
15 Blech verbunden werden. Zum Einsatz gelangt hierbei eine auf die Vorsprünge absenkbare Elektrode, wobei neben der Elektrode eine auf die Bleche absenkbare Kontaktelektrode vorgesehen ist.
Durch die US 5,897,796 ist ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen bekannt geworden, wobei auch hier der Rand eines
20 Außenbleches über den Rand eines Innenbleches gefalzt wird. Im Bereich des Falzes wird durch Laserschweißen mindestens eine über eine vorgebbare Länge durchlaufende Naht im Bereich des Falzes erzeugt und somit eine Verbindung zwischen den Blechen hergestellt. Zum Einsatz kommt vorzugsweise ein Nd:YAG-Laser, der einen computergesteuerten
25 Laserstrahlgenerator aufweist, der über eine Vielzahl von Fasern mit mehreren Laserpistolen in Wirkverbindung steht. In Folge dieser räumlichen Ausgestaltung wird ein hoher Platzbedarf innerhalb der ohnehin schon gering dimensionierten Falzvorrichtung benötigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das beschriebene Verfahren zu optimieren und gleichzeitig eine Vorrichtung bereit zu stellen, die bei geringerem Platzbedarf dennoch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Funktionsweise hat.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Falzes mindestens eine Anschlussvorrichtung für die Laseroptik eines Laserschweißgerätes angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik in den Bereich der Anschlussvorrichtung eingeführt, zur Verbindung der Bleche mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik aus der Anschlussvorrichtung entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen angeschlossen und nach Erzeugen der erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung entnommen wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere Karosserieblechen im Automobilbau, zumindest beinhaltend ein Falzbett zur Aufnahme mindestens zweier Bleche, Falzbacken, die in Wirkverbindung mit zugehörigen Falzbackenträgern stehen sowie mindestens ein thermisches Fügewerkzeug, dadurch gelöst, dass das jeweilige thermische Fügewerkzeug als Laserpunktschweißgerät ausgebildet ist, das mit einer im Bereich des zugehörigen Falzbackens vorgesehenen Anschlussvorrichtung zusammenwirkt, wobei die Laseroptik des Laserpunktschweißgerätes aus einer Außerbetriebsstellung heraus zumindest partiell in den Bereich der Anschlussvorrichtung einführbar ist, und dass nach dem Einführen der Laseroptik in die Anschlussvorrichtung und Betätigen der Laseroptik der jeweilige Schweißpunkt im Falzbereich der Bleche erzeugbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenüber der DE 199 27 208 B4 wird der Vorteil erreicht, dass blechseitig keine Vorsprünge mehr erzeugt werden müssen und darüber hinaus die Kontaktelektrode entbehrlich ist.
Der Vorteil gegenüber der US 5,897,796 ist darin begründet, dass durch die Trennung von stationärer Anschlussvorrichtung und bewegbarer Laseroptik ein wesentlich geringerer Baubedarf im Bereich der Falzvorrichtung von Nöten ist.
Durch den direkten Anschluss der Laseroptik an die Anschlussvorrichtung oder an die Öffnung im Falzbacken wird jeweils eine zumindest optisch dichte, schnell kuppelbare Verbindung erzeugt, sodass der Laserstrahl nicht nach außen dringen kann und auf eine aufwändige Abschirmung und gegebenenfalls auch auf eine zusätzliche Schutzkabine verzichtet werden kann.
Die jeweilige Laseroptik kann bedarfsweise von mindestens einem Roboter geführt werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden auch keine längeren durchgängigen Schweißnähe erzeugt, sondern ausschließlich Schweißpunkte oder nur kurze Schweißnähte, die vorzugsweise durch eine geringe Schwenkbewegung der Laseroptik erreicht werden.
In Folge der speziellen Ausgestaltung des Niederhalters kann selbiger die Schutzhülse zwischen sich aufnehmen, so dass der benötigte Bauraum des Weiteren minimiert wird.
Von Vorteil ist, die inneren Flächenbereiche der Anschlussvorrichtung mit einer Beschichtung zu versehen, an welcher kein Spritzgut anhaftet, bzw. bei Anhaften leicht entfernt werden kann. Durch diese Maßnahme soll ein rasches Zusetzen der Anschlussvorrichtung vermieden werden. Als Schichten bieten sich insbesondere Keramikschichten an, wobei bedarfsweise auch metallische Schichten, wie Chromschichten, eingesetzt werden können. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die beispielsweise als Rohr ausgebildete Anschlussvorrichtung vollständig aus Keramikmaterial herzustellen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 Prinzipskizzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten;
Figur 3 Prinzipelle Darstellung eines Niederhalters im
Vorfalzbereich;
Figur 4 Darstellung des Niederhalters gemäß Figur 3 samt angedeuteter thermischer Fügeeinrichtung im
Fertigfalzbereich.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum randseitigen Verbinden von Bauelementen in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten. Erkennbar sind folgende Bauteile:
ein Falzbett 2, untere Falzbacken 3 (Vorfalzbacken), obere Falzbacken 4 (Fertigfalzbacken), Falzbackenträger 5, Niederhalter 6, eine Anschlussvorrichtung 7 in Form eines Rohres, ein erstes Blech 8 sowie ein zweites Blech 9 sowie ein angedeuteter Falz 10 im Bereich zwischen oberem Falzbacken 4 und Falzbett 2. Das Rohr 7 ist stationär im Bereich des oberen Falzbackens 4 vorgesehen, d. h. fest damit verbunden. Der Niederhalter 6 ist winkelförmig ausgebildet, wobei der vertikal verlaufende Schenkel 6" eine Aussparung 11 aufweist, die das Rohr 7 übergreift. Der Niederhalter 6 ist in den Figuren 3 und 4 in räumlicher Darstellung gezeigt.
Figur 3 zeigt den Zustand, in welchem die Bleche 8,9 vorgefalzt werden. Erkennbar ist das Falzbett 2, der untere Falzbacken 3, der obere Falzbacken 4, die rohrförmige Anschlussvorrichtung 7 und der Niederhalter 6. Unter Bildung der Aussparung 11 werden zwei vertikal verlaufende gabelartig ausgebildete Schenkel 6' erzeugt, deren freie Enden im Vorfalzbereich der Bleche 8,9 aufliegen.
Figur 4 zeigt das Falzbett 2, den oberen Falzbacken 4, die rohrförmige Anschlussvorrichtung 7, den Niederhalter 6 sowie die Bleche 8,9. Ergänzend erkennbar ist das thermische Fügewerkzeug 12 in Form eines Laserpunktschweißgerätes. Das Laserpunktschweißgerät 12 soll in diesem Beispiel in vertikaler Richtung, beispielsweise durch einen Roboter, bewegbar sein (Pfeilrichtung) und beinhaltet eine hier nur angedeutete Laseroptik 13, die in den oberen Randbereich des Rohres 7 einführbar ist. Der obere Randbereich des Rohres 7 wirkt vorteilhafter Weise mit einer flexibel ausgestalteten Hülse T zusammen, wodurch das Einführen der Laseroptik 13 in das Rohr 7 erleichtert wird. Die Hülse T kann entweder an der Laseroptik 13 oder am Rohr 7 vorgesehen werden. Das Rohr 7 ist hierbei als Schutzrohr anzusehen, da bei Betätigung der Laseroptik 13 ein hoher Energiestrahl in Richtung des Falzes 10 erzeugt wird, durch welchen Material aus dem Falzbereich schlagartig verdrängt wird. Damit dieses Material nicht am Innenumfang des Rohres 7 anbackt und selbiges in kürzester Zeit zusetzt, ist das Rohr 7, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, zumindest im Bereich seiner inneren Umfangsfläche mit einer Keramikschicht überzogen. Andersartige Werkstoffe, wie beispielsweise Chromschichten oder dergleichen, die ein Anbacken von Metall an der inneren Umfangsfläche verhindern können, sind jedoch ebenfalls denkbar. In Figur 4 ist gut erkennbar, dass das Rohr 7 zwischen den vertikal verlaufenden Schenkeln 6' des Niederhalters 6 im Freiraum der zwischen den Schenkeln 6' gegebenen Aussparung 11 positioniert ist. Im oberen Falzbacken 4 ist eine Ausnehmung 14 eingebracht, innerhalb welcher das freie Ende des Rohres 7 positioniert ist. Erkennbar ist ebenfalls der in das Rohr 7 eingetauchte Anschlussbereich 15 der Hülse T.
Denkbar ist auch (nicht dargestellt), die Ausnehmung 14 selber als Anschlussvorrichtung für die Laseroptik 13, respektive die Hülse 7', auszubilden.
Zur Erzeugung mehrerer beabstandeter Schweißpunkte kann entweder eine einzelne Laseroptik 13 zum Einsatz gelangen, die robotergesteuert in den Bereich beabstandeter Anschlussvorrichtungen 7,14 eingeschwenkt wird oder es wird mit mehreren Laserpunktschweißgeräten 12 gearbeitet. Statt eines Laserpunktschweißgerätes 12 kann prinzipiell auch ein Elektronenstrahl- oder ein Laserlötverfahren zur Verbindung der Bleche 8 und 9 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Falzvorrichtung
2 Falzbett
3 Falzbacken
4 Falzbacken
5 Falzbackenträger
6 Niederhalter
6' Schenkel
7 Anschlussvorrichtung (Rohr)
7' Hülse
8 Blech
9 Blech
10 Falz
11 Aussparung
12 Fügewerkzeug (Laserpunktschweißgerät)
13 Laseroptik
14 Ausnehmung (Anschlussvorrichtung)
15 Anschlussbereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen (8,9), insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung (1 ) der Rand eines ersten Bleches (9) unter Bildung eines Falzes (10) über den Rand eines zweiten Bleches (8) gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Falzes (10) mindestens eine Anschlussvorrichtung (7) für die Laseroptik (13) eines Laserschweißgerätes (12) angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik (13) in den Bereich (7') der jeweiligen Anschlussvorrichtung (7) eingeführt, mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik (13) aus der Anschlussvorrichtung (7) entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen (7) angeschlossen und nach Erzeugen aller erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung (1 ) entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laseroptik (13) durch einen Roboter in den Bereich (71) der
Anschlussvorrichtung (7) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Punktschweißung oder Schweißnaht im Falzbereich bei geschlossenen Falzbacken (4) und vorgespanntem Falz (10) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schweißpunkte oder Schweißnähte nacheinander mit der gleichen Laseroptik (13) erzeugt oder zur Erzeugung mehrerer beabstandeter Schweißpunkte oder Schweißnähte mehrere Laserschweißgeräte (12) eingesetzt werden.
5. Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen (8,9), insbesondere Karosserieblechen im Automobilbau, zumindest beinhaltend ein Falzbett (2) zur Aufnahme mindestens zweier
Bleche (8,9), Falzbacken (3,4), die in Wirkverbindung mit zugehörigen Falzbackenträgern (5) stehen sowie mindestens ein thermisches Fügewerkzeug (12), dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige thermische Fügewerkzeug (12) als Laserschweißgerät ausgebildet ist, das mit einer im Bereich des zugehörigen
Falzbackens (4) vorgesehenen Anschlussvorrichtung (7) zusammenwirkt, wobei die Laseroptik (13) des Laserschweißgerätes (12) aus einer Außerbetriebsstellung heraus zumindest partiell in den Bereich (7') der Anschlussvorrichtung (7) einführbar ist, und dass nach dem Einführen der Laseroptik (13) in die Anschlussvorrichtung (7) und Betätigen der Laseroptik (13) der jeweilige Schweißpunkt oder eine Schweißnaht im Falzbereich der Bleche (8,9) erzeugbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussvorrichtung (7) durch eine im jeweiligen Falzbacken (4) vorgesehene, in Richtung des Falzbereiches der Bleche (8,9) verlaufende, Ausnehmung oder durch ein im jeweiligen Falzbacken (4) in einer Aufnahmebohrung (14) fest angeordnetes Rohr gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontur der Anschlussvorrichtung (7), ausgehend von der Laseroptik (13) in Richtung des gefalzten Bereiches, verjüngt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der die Laseroptik (13) aufnehmende Teil der Anschlussvorrichtung (7) aus einem Spritzgut abweisenden Material besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz eines Rohres als Anschlussvorrichtung (7) die innere Umfangsfläche desselben mit einer Chrom- oder Keramikschicht versehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einer flexiblen Hülse (71) zusammenwirkt, die im Bereich der Laseroptik (13) oder der Anschlussvorrichtung (7) angeordnet ist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Hülse (7') über einen der Anschlussvorrichtung (7) zugewandten Anschlussbereich (15) verfügt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des zugehörigen Falzbackens (4) falzbettseitig ein im Querschnitt etwa winkelförmig ausgebildeter Niederhalter (6) positioniert ist, der zumindest im Bereich seines dem Falzbacken (4) zugewandten Schenkels eine Aussparung (11 ) aufweist, die das Rohr (7) einrahmt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseroptik (13) als Diodenlaser ausgebildet ist.
PCT/EP2008/010005 2007-12-14 2008-11-26 Verfahren und vorrichtung zum randseitigen verbinden von blechen unter verwendung einer anschlussvorrichtung für die laseroptik WO2009077064A1 (de)

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US12/682,956 US20100219167A1 (en) 2007-12-14 2008-11-26 Method and device for the marginal connection of sheet metals using a connecting device for laser optics

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