WO2013079268A1 - Spannvorrichtung und verfahren zum laserstrahlschweissen mit einem mit dem laserstrahl bewegbaren verbindungselement - Google Patents

Spannvorrichtung und verfahren zum laserstrahlschweissen mit einem mit dem laserstrahl bewegbaren verbindungselement Download PDF

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WO2013079268A1
WO2013079268A1 PCT/EP2012/071403 EP2012071403W WO2013079268A1 WO 2013079268 A1 WO2013079268 A1 WO 2013079268A1 EP 2012071403 W EP2012071403 W EP 2012071403W WO 2013079268 A1 WO2013079268 A1 WO 2013079268A1
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holder
energy beam
clamping device
clamping
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Tobias BEIß
Franz Hepp
Lasse MATZ
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Bielomatik Leuze Gmbh + Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a clamping device and a method for operating such a clamping device, designed for joining two components by means of a radiation energy input in a joining region, wherein a first and a second clamping element for fixing the two components are provided during the energy input under bias and the second Clamping element is formed by an inner holder and an outer holder, wherein the inner holder and the outer holder are held by a circumferential passage gap separated from each other and at least one connecting element in position relative to each other, according to the features of the preamble of the two independent claims.
  • a generic type clamping device for the laser beam welding for clamping at least two components in a working beam using a processing machine with a receptacle for mounting the first component and at least one chuck, on each of which a clamping jaw for acting on the second component is arranged for introducing clamping pressure in the joining surface between the two components, wherein the respective clamping jaws is formed as disposed within the rotating beam path of the working beam of the machine tool inner clamping jaws with a clamping surface for internal clamping of the components, further comprising a passage gap for the working beam to the respective inner jaws from external clamping head separates and at least one narrow connecting strut is provided for connection of the inner clamping jaw to the outer clamping head, which at least one connecting strut the beam path of Processing machine bridged to the components releasing passage gap.
  • EP 2 136 959 B1 proposes that the inner clamping jaws, with which a pressure is applied to the one components to achieve the bias, is connected via a narrow connecting strut to the outer clamping head, wherein the inner clamping jaws and the outer clamping head has a circumferential passage gap form for the working beam.
  • This passage gap is required for the energy steel (here a laser beam) to reach the joining region of the two components to be assembled by means of circulating movement and to join them together by applying energy.
  • EP 2 136 959 B1 Although a certain improvement is already achieved by EP 2 136 959 B1, because actually the "narrow" webs in the executed form ensure that you can weld through below, so that the seam is almost without flaws but that one has to adapt the process (slowing down at the web with the laser beam, adjusting beam diameter and optical conditions extremely precisely) in order for it to work, so the risk of errors in the process increases with the number of potential sources of error.
  • the invention is therefore based on the object, a clamping device and a method for operating such a clamping device for the beam welding, in particular the laser transmission welding to specify, with which the described disadvantages are avoided.
  • a clamping device for the beam welding, in particular the laser transmission welding to specify, with which the described disadvantages are avoided.
  • an assembly of the two components is to be achieved without it comes to defects in the joining area after the joining process.
  • a tensioning device in which the at least one connecting element is movably supported and a drive is provided for moving the at least one connecting element as a function of the movement of the energy beam.
  • This movable mounting of the connecting element and an associated drive for moving the at least one connecting element as a function of the movement of the energy beam has the advantage that when the energy beam comes in the area in which the connecting element is arranged in the passage gap, in such a form can be moved so that it does not interrupt the energy beam. That still has the advantage that when driving off the joint area of the energy beam always hits the joint area.
  • the energy beam according to the invention is no longer interrupted by the connecting element, since this is arranged to be movable so that it is precisely avoided by this movable arrangement that the energy beam is interrupted by the dacasseiement.
  • the circumferential joining area is also circumferentially, preferably without interruption, hit by the energy beam without an interruption takes place. This creates a circumferential joining area without defects. It is understood that the movement of the at least one connecting element in the form described above takes place in such a way that by means of the clamping elements still the required pressure to achieve the necessary bias voltage can be applied to the components to be assembled.
  • the at least one connecting element has a passage region for the energy beam.
  • the connecting element is advantageously designed so that on the one hand a force-transmitting connection between the inner holder and the outer holder is given and on the other hand it is possible by the movement of the connecting element with its passage area that the energy beam is not interrupted by the connecting element, when it is moved over the area in which the connecting element is arranged in the passage gap.
  • the passage region is designed as a recess in a connecting element formed from a solid material. This may be, for example, a notch with a corresponding required cross-section.
  • the passage region is designed as an opening in a connecting element formed from a pipe material.
  • both the connecting element are arranged on the inner holder and / or the outer holder and the recess or the opening is designed and arranged in the connecting element that, depending on the movement of the connecting element and the course of the energy beam, this can always extend from the source to the joining region, without being interrupted by the connecting element.
  • drive preferably come electric motors for the rotationally symmetrical connection elements into consideration, while piezo-based actuators or pneumatic actuators for the slidably mounted webs can be applied.
  • Pneumatic, magnetic or electrical control elements come into consideration for the variant with the extendable pins / bolts.
  • a method for operating a clamping device in which the connecting element is movably mounted and in Depending on the movement of the energy beam is moved.
  • the connecting element according to the invention has the task to connect the inner bracket with the outer bracket for applying the required bias (pressure on the joint area) and at the same time to move in response to the moving energy beam that no interruption of the energy beam in its course the energy entry into the joining area to be joined takes place.
  • connection element may be rotationally reciprocated about its longitudinal axis, axial to its longitudinal axis, or reciprocated with these forms of movement of the connecting element depending on the geometric configuration of the connecting element is always the advantage that the connecting element due to its geometry and movement the course of Energy beam from the source up to the joining area does not interrupt, in order to achieve an optimal joining result without defects.
  • the at least one connecting element is arranged on the inner holder or the outer holder and can be pivoted.
  • the at least one connecting element is moved by a relative movement between the inner holder and the outer holder.
  • the at least one connecting element is not itself moved by a drive (active movement), but that the movement for the purpose of releasing the energy beam is effected by a relative movement between the inner holder and the outer holder.
  • a drive on the outer holder possibly also on the inner holder may be provided. With this drive, the inner holder and the outer holder are caused to move relative to each other, thereby moving the connecting member.
  • the movements of the elements involved in this case are coordinated so that on the one hand the bias is maintained on the joint area, when a relative movement between the inner holder and the outer holder is brought about for the purpose of movement of the connecting element.
  • a force is applied by the clamping elements perpendicular to the surface of the components, wherein in order to achieve the relative movement, the inner holder and the outer holder are moved perpendicular to this direction of force application for the purpose of movement of the connecting element.
  • the device thus has an inner clamping jaw for applying a contact pressure to a component for laser beam welding, wherein the inner clamping jaw is held by a movable holding element (eg, axes / tubes / rectangle, etc.).
  • a movable holding element eg, axes / tubes / rectangle, etc.
  • the holding element has a recess or notch o.a.
  • the holding element is rotatably mounted in the outer clamping jaws and in the inner clamping jaws
  • the holding element is rotated about its longitudinal axis, so that the recess / notch alternately releases the welding area (depending on the position of the recess at a certain time) -
  • the laser beam has thus at different times the ability to reach covered areas of the weld depending on the position of the axis and there to achieve a weld.
  • FIG. 1 shows a clamping device 1 for joining a first component 2 to a second component 3 by means of energy input into a joining region 4 between the first and second component 2, 3.
  • the mode of operation of the joining method on which the invention is based in particular laser transmission welding of plastic components, is known in principle.
  • the first component 2 is fixed in position with a first clamping element 5, for example.
  • a second clamping element 6 is provided, with which the second component 3, aligned with the position of the first component 2, is likewise fixed in position.
  • FIG. 2 shows the tensioning device 1 according to FIG. 1 from above.
  • the passage gap 9 of at least one connecting element 10 is initially interrupted for the energy beam from above, so that would be interrupted in the shutdown of the passage gap 9 of the energy beam at a fixed connection element. Due to this interruption, the energy beam can not hit the joining area 4, resulting in a defect.
  • at least one connecting element 10 is movably mounted and a drive (not shown) is provided for moving the at least one connecting element 10 as a function of the movement of the energy beam. That is, when the energy beam moves toward the connector 10, the connector 10 is moved in response to the movement and orientation of the energy beam so that the energy beam can always pass from the source to the junction 4 without interruption.
  • connecting elements 10 are shown by way of example in Figures 3 and 4, which are movably mounted, for example, on the inner holder 7 and the Jardinhait ceremonies 8. They are on the one hand so mounted on the two brackets 7, 8, that upon exercise of a force on thenostihaittation 8 this on the inner bracket 7 and this in turn on the two components 2, 3 is transmitted.
  • the inner holder 7 and the outer holder 8 are connected to one another via the connecting element 10 so that, when a force is applied from above, the component 3 in its circumferential outer end region in the joining region 4 in FIG above-facing peripheral edge of the component 2 is pressed. This pressure or this bias is required in order to achieve optimum joining in the joining region 4 with energy input.
  • the holding element (s) is / are moved back and forth by means of corresponding movement devices
  • the at least one holding element is moved, so that the welding area is alternately released (depending on the position of the element at a specific time),
  • the laser beam thus has the possibility, at different points in time, of reaching covered regions of the weld seam, depending on the position of the element, and of achieving welding there,
  • FIG. 6 shows the exemplary embodiment in which at least two connecting elements 10 are provided and the at least one connecting element 10 establishes a connection between the inner holder 7 and the outer holder 8 where there is currently no energy beam (in this case, the connecting element 10 is shaded gray and referred to as active), and the at least one further connecting element 10 is moved out of the passage gap 9 between the inner holder 7 and the outer holder 8, where there is just an energy beam (shown in dashed lines in Figure 6 and referred to as pulled).
  • the connecting elements 10 are preferably rod-shaped with a polygonal or round cross-section.
  • the holding elements are alternately moved, so that the welding area is alternately released, but at the same time a group of holding elements always maintains the internal tension,
  • the laser beam thus has the possibility, at different points in time, of reaching covered regions of the weld seam, depending on the position of the elements, and of achieving welding there,

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Abstract

Diese Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spannvorrichtung und Spannvorrichtung, ausgebildet zum Fügen zweier Bauteile mittels eines strahlförmigen Energieeintrages in einem Fügebereich, wobei ein erstes und ein zweites Spannelement (6) zum Fixieren der beiden Bauteile während des Energieeintrages unter Vorspannung vorgesehen sind und das zweite Spannelement (6) von einer Innenhalterung (7) und einer Aussenhalterung (8) gebildet ist, wobei die Innenhalterung (7) und die Aussenhalterung (8) von einem umlaufenden Durchtrittsspalt (9) getrennt voneinander und von zumindest einem Verbindungselement (10) in ihrer Position relativ zueinander gehalten sind, wobei das zumindest eine Verbindungselement (10) bewegbar gelagert und ein Antrieb zum Bewegen des zumindest einen Verbindungselementes (10) in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles vorgesehen ist.

Description

SPANNVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM LASERSTRAH LSCHWEISSEN
MIT EINEM MIT DEM LASERSTRAHL BEWEGBAREN VERBINDUNGSELEMENT
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Spann Vorrichtung, ausgebildet zum Fügen zweier Bauteile mittels eines strahiförmigen Energieeintrages in einem Fügebereich, wobei ein erstes und ein zweites Spannelement zum Fixieren der beiden Bauteile während des Energieeintrages unter Vorspannung vorgesehen sind und das zweite Spannelement von einer Innenhalterung und einer Außenhalterung gebildet ist, wobei die Innenhalterung und die Außenhalterung von einem umlaufenden Durchtrittsspalt getrennt voneinander und von zumindest einem Verbindungselement in ihrer Position relativ zueinander gehalten sind, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes der beiden unabhängigen Patentansprüche.
Aus der EP 2 136 959 B1 ist eine gattungsbildende Spannvorrichtung für das Laserstrahlschweißen zum Spannen mindestens zweier Bauteile in einer einen Arbeitsstrahl einsetzenden Bearbeitungsmaschine bekannt, mit einer Aufnahme zur Lagerung des ersten Bauteiles und mindestens einem Spannkopf, an dem jeweils ein Spannbacken zur Beaufschlagung des zweiten Bauteiles zum Einbringen von Spanndruck in die Fügefläche zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, wobei der jeweilige Spannbacken als innerhalb des umlaufenden Strahlweges des Arbeitsstrahies der Bearbeitungsmaschine angeordneter Innenspannbacken mit einer Spannfläche zum Innenspannen der Bauteile ausgebildet ist, wobei weiterhin ein Durchtrittsspalt für den Arbeitsstrahl den jeweiligen Innenspannbacken vom außenliegenden Spannkopf trennt und mindestens eine schmale Verbindungsstrebe zur Anbindung des Innenspannbackens an den außenliegenden Spannkopf vorgesehen ist, welche mindestens eine Verbindungsstrebe den Strahlweg der Bearbeitungsmaschine zu den Bauteilen freigebenden Durchtrittsspalt überbrückt. Aus diesem Stand der Technik geht hervor, dass zum Laserstrahlschweißen es erforderlich ist, dass die Fügeflächen der beiden miteinander zusammenzufügenden Bauteile unter Vorspannung gehalten werden muss. Hierzu schlägt die EP 2 136 959 B1 vor, dass der Innenspannbacken, mit dem ein Druck auf das eine Bauteile zur Erzielung der Vorspannung aufgebracht wird, über eine schmale Verbindungsstrebe an den außenliegenden Spannkopf angebunden ist, wobei der Innenspannbacken und der außenliegende Spannkopf einen umlaufenden Durchtrittsspalt für den Arbeitsstrahl bilden. Dieser Durchtrittsspalt ist erforderlich, dass der Energiestahl (hier ein Laserstrahl) mittels umlaufender Bewegung den Fügebereich der beiden zusammenzufügenden Bauteile erreichen und diese durch Energieeintrag zusammenfügen kann.
Hierbei besteht jedoch die Schwierigkeit, dass der gesamte Fügebereich umlaufend mit Energie beaufschlagt werden muss, damit das hier angewendete Laserdurchstrahlschweißen die beiden zusammenzufügenden Bauteile zuverlässig miteinander zusammenfügt. Entstehen im Verlauf des Fügebereiches Unterbrechungen durch mangelnden Energieeintrag, entstehen hierdurch Fehlstellen im Fügebereich, die zur Folge haben, dass bei Beanspruchung der beiden zusammengefügten Bauteile (also des fertigen Endbauteiles) Beschädigungen auftreten können. Diese Beschädigungen können entweder zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise des Endbauteiles, einem kompletten Ausfall oder sogar zu einem Sicherheitsrisiko führen, je nachdem, welche Funktion das Endbauteil hat.
Durch die Verbindungsstreben, die bei der EP 2 136 959 B1 den Innenspannbacken an den außenliegenden Spannkopf anbinden, können solche Fehlstellen im Fügebereich entstehen. In dem gattungsbildenden Stand der Technik ist daher schon daran gedacht worden, diese Verbindungsstreben, insbesondere bei dem Vorhandensein von mehreren Verbindungsstreben, schmal auszuführen. Dies ändert jedoch nichts daran, dass der Energieeintrag durch den Laserstrahl durch diese, wenn auch schmalen Verbindungsstreben unterbrochen wird, so dass es zu Fehlstellen im Fügebereich kommt, die die vorstehend geschilderten Nachteile mit sich bringen können. Eine gewisse Verbesserung ist zwar durch die EP 2 136 959 B1 schon erreicht, denn eigentlich sorgen die„schmalen" Stege in der ausgeführten Form dafür, dass man unten durchschweißen kann, also dass die Naht nahezu ohne Fehlstellen ist. Das Nachteilige und Aufwendige dabei ist aber, dass man den Prozess anpassen muss (am Steg mit dem Laserstrahl langsamer fahren, Strahldurchmesser und optische Verhältnisse äußerst genau einstellen), damit es auch funktioniert. Die Gefahr von Fehlern im Prozess steigt somit mit der Zahl der potentiellen Fehlerquellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Spannvorrichtung für das Strahlschweißen, insbesondere das Laserdurchstrahlschweißen, anzugeben, mit dem die geschilderten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Zusammenfügen der beiden Bauteile erreicht werden, ohne dass es zu Fehlstellen im Fügebereich nach dem Fügeprozess kommt.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, bei der das zumindest eine Verbindungseiement bewegbar gelagert und ein Antrieb zum Bewegen des zumindest einen Verbindungseiementes in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles vorgesehen ist. Diese bewegbare Lagerung des Verbindungselementes sowie ein zugehöriger Antrieb zum Bewegen des zumindest einen Verbindungselementes in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles hat den Vorteil, dass dann, wenn der Energiestrahl in den Bereich kommt, in dem das Verbindungselement in dem Durchtrittsspalt angeordnet ist, in einer solchen Form bewegt werden kann, dass es den Energiestrahl nicht unterbricht. Das hat weiterhin den Vorteil, dass beim Abfahren des Fügebereiches der Energiestrahl immer auf den Fügebereich trifft. Das bedeutet, dass der Energiestrahl erfindungsgemäß nicht mehr von dem Verbindungselement unterbrochen wird, da dieses derart bewegbar angeordnet ist, dass eben durch diese bewegbare Anordnung vermieden wird, dass der Energiestrahl von dem Verbindungseiement unterbrochen wird. Dadurch ist der ganz entscheidende Vorteil gegeben, dass der umlaufende Fügebereich auch umlaufend, vorzugsweise ohne Unterbrechung, von dem Energiestrahl getroffen wird, ohne dass eine Unterbrechung stattfindet. Dadurch entsteht ein umlaufender Fügebereich ohne Fehlstellen. Dabei ist es selbstverständlich, dass die Bewegung des zumindest einen Verbindungselementes in der vorstehend beschriebenen Form derart erfolgt, dass mittels der Spannelemente noch der erforderliche Druck zur Erzielung der nötigen Vorspannung auf die zusammenzufügenden Bauteile aufgebracht werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung weist das zumindest eine Verbindungselement einen Durchtrittsbereich für den Energiestrahl auf. Das bedeutet, dass das Verbindungselement in vorteilhafter Weise so gestaltet ist, dass einerseits eine kraftübertragende Verbindung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung gegeben ist und andererseits es durch die Bewegung des Verbindungselementes mit seinem Durchtrittsbereich möglich ist, dass der Energiestrahl nicht durch das Verbindungselement unterbrochen wird, wenn er über den Bereich, in dem das Verbindungselement in dem Durchtrittsspalt angeordnet ist, bewegt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Durchtrittsbereich als eine Ausnehmung in einem aus einem Vollmaterial gebildeten Verbindungseiement gestaltet. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Einkerbung mit entsprechendem erforderlichem Querschnitt handeln. Alternativ dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Durchtrittsbereich als eine Öffnung in einem aus einem Rohrmaterial gebildeten Verbindungselement gestaltet ist. Dabei sind sowohl das Verbindungselement so an der Innenhalterung und/oder der Außenhalterung angeordnet und die Ausnehmung bzw. die Öffnung so gestaltet und in dem Verbindungselement angeordnet, dass in Abhängigkeit der Bewegung des Verbindungselementes und dem Verlauf des Energiestrahles dieser immer von der Quelle bis auf den Fügebereich verlaufen kann, ohne dass er von dem Verbindungselement unterbrochen wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Antrieb für die Bewegung des zumindest einen Verbindungselementes in oder an der innenhalterung und/oder in oder an der Außenhalterung angeordnet. Dadurch sind verschiedene konstruktive Möglichkeiten realisierbar, mit denen das zumindest eine Verbindungselement, vorzugsweise mehrere Verbindungselemente, in der gewünschten Art und Weise angetrieben werden können. Dabei kann daran gedacht werden, dass der Antrieb nur in oder an der Innenhalterung angebracht ist. Alternativ dazu kann der Antrieb nur in oder an der Außenhalterung angeordnet sein. Je nach Bauweise des zweiten Spannelementes mit seiner Innenhalterung und seiner Außenhalterung kann auch daran gedacht werden, einen Teil der Antriebe an der Innenhalterung und einen weiteren Teil der Antriebe an der Außenhalterung anzuordnen. Ebenso kann daran gedacht werden, dass jedes Verbindungselement seinen eigenen Antrieb aufweist, wobei es auch denkbar ist, dass mehrere Verbindungselemente zu einer Gruppe zusammengefasst sind und diese Gruppe einen eigenen Antrieb aufweist oder dass alle Antriebselemente an der Innenhalterung und/oder der Außenhalterung einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.
Als Antrieb kommen vorzugsweise Elektromotoren für die rotationssymmetrischen Verbindungselemente in Betracht, während Antriebe auf Piezo-Basis oder auch pneumatische Stellglieder für die verschiebbar gelagerten Stege angewendet werden können. Pneumatische, magnetische oder elektrische Stellelemente kommen für die Variante mit den ausziehbaren Stiften/Bolzen in Betracht.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Spannvorrichtung vorgesehen, bei der das Verbindungselement bewegbar gelagert ist und in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles bewegt wird. Auch hier hat das Verbindungselement gemäß der Erfindung die Aufgabe, die Innenhalterung mit der Außenhalterung zur Aufbringung der erforderlichen Vorspannung (Druckausübung auf den Fügebereich) zu verbinden und gleichzeitig sich so in Abhängigkeit des bewegten Energiestrahles zu bewegen, dass keine Unterbrechung des Energiestrahles in seinem Verlauf bei der Energieeintragung in den zusammenzufügenden Fügebereich erfolgt. Unter„unterbrechungsfrei" kann ggfs. auch eine solche extrem kurzzeitige Unterbrechung verstanden werden, die nicht zu einer Fehlstelle beim Zusammenfügen der beiden Bauteile führt. Um das unterbrechungsfreie Auftreffen des Energiestrahles auf den Fügebereich zu realisieren, kommen je nach geometrischer Ausgestaltung des Verbindungselementes verschiedene Bewegungen in Betracht. Das Verbindungselement kann rotatorisch um seine Längsachse, axial zu seiner Längsachse oder hin- und herbewegt werden. Mit diesen Bewegungsformen des Verbindungselementes in Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltung des Verbindungselementes wird immer der Vorteil erzielt, dass das Verbindungselement aufgrund seiner Geometrie und Bewegung den Verlauf des Energiestrahles von der Quelle bis hin zu dem Fügebereich nicht unterbricht, um ein optimales Fügeergebnis ohne Fehlstellen zu erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung trifft in Abhängigkeit der Stellung des zumindest einen Verbindungselementes und der Ausrichtung des Energiestrahles dieser derart durch einen Durchtrittsbereich des Verbindungselementes für den Energiestrahl auf den Fügebereich auf, dass der Energiestrahl durch das zumindest eine Verbindungselement nicht unterbrochen wird. Das bedeutet, dass der Durchtrittsbereich des zumindest einen Verbindungselementes aufgrund dessen Bewegung und der Verlauf des Energiestrahles so miteinander korrelieren, dass der Energiestrahl durch das zumindest eine Verbindungselement nicht unterbrochen wird. Dadurch kommt es zu der vorteilhaften unterbrechungsfreien Zusammenfügung der beiden Bauteile. in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Verbindungselemente vorgesehen, wobei das zumindest eine Verbindungselement eine Verbindung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung dort herstellt, wo sich gerade kein Energiestrahl befindet, und das zumindest eine weitere Verbindungselement aus dem Durchtrittsspalt zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung herausbewegt ist, wo sich gerade ein Energiestrahl befindet. Das bedeutet, dass zumindest ein Verbindungselement, vorzugsweise jedoch mehrere Verbindungselemente, die Innenhalterung und die Außenhalterung zwecks Kraftübertragung und Erzieiung der gewünschten Vorspannung miteinander verbinden, und zwar dort, wo gerade kein Energiestrahl entlang läuft. Sollte sich jedoch bei Fortbewegung des Energiestrahles entlang des Fügebereiches ein Verbindungseiement befinden, wird dieses aus dem Durchtrittsspalt heraus bewegt, so dass in diesem Bereich der Energiestrahl nicht von diesem Verbindungselement unterbrochen wird. Das Herausbewegen dieses zumindest einen Verbindungselementes aus dem Durchtrittsspalt kann ohne weiteres durchgeführt werden, da zumindest ein weiteres Verbindungselement, vorzugsweise mehr als ein Verbindungselement, noch die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung gewährleisten.
In Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Verbindungselement an der Innenhalterung oder der Außenhalterung angeordnet und kann verschwenkt werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird das zumindest eine Verbindungselement durch eine Relativbewegung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung bewegt. Das bedeutet, dass in diesem Fall das zumindest eine Verbindungselement nicht selber durch einen Antrieb bewegt wird (aktive Bewegung), sondern dass die Bewegung zwecks Freigabe des Energiestrahles durch eine Relativbewegung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung erfolgt. Hierzu kann ein Antrieb an der Außenhalterung (ggf. auch an der Innenhalterung) vorgesehen sein. Mit diesem Antrieb wird bewirkt, dass sich die Innenhalterung und die Außenhalterung relativ zueinander bewegen und dadurch das Verbindungselement bewegt wird. Dies kann zum Beispiel bei einer Verringerung der Breite des Durchtrittsspaltes dadurch erfolgen, dass sich das Verbindungselement elastisch nachgiebig (wie eine Blattfeder) verformt und zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt, um den Weg für den Energiestrahl unterbrechungsfrei freizugeben. Die dabei auszuführenden Bewegungen der beteiligten Elemente ist dabei so aufeinander abgestimmt, dass einerseits die Vorspannung auf den Fügebereich erhalten bleibt, wenn eine Relativbewegung zwischen der Innenhalterung und der Außenhalterung zwecks Bewegung des Verbindungselementes herbeigeführt wird. Beispielsweise erfolgt dabei eine Kraftaufbringung durch die Spannelemente senkrecht zu der Oberfläche der Bauelemente, wobei zwecks Erzielung der Relativbewegung die Innenhalterung und die Außenhalterung senkrecht zu dieser Richtung der Kraftaufbringung zwecks Bewegung des Verbindungselementes bewegt werden.
Die Vorrichtung besitzt also einen Innenspannbacken zum Aufbringen eines Anpressdruckes auf ein Bauteil für das Laserstrahlschweißen, wobei der Innenspannbacken über ein bewegliches Halteelement (z. B. Achsen/Rohre/Rechteck, etc.) gehalten wird.
Beispiel: rotierende Halterung
- Das Halteelement besitzt eine Aussparung oder Kerbe o.a.
- Das Halteelement wird ist im Außenspannbacken und im Innenspannbacken drehbeweglich gelagert
- Im Schweißprozess wird das Haltelement um seine Längsachse rotiert, so dass die Aussparung/Kerbe den Schweißbereich wechselweise freigibt (je nach Position der Aussparung zu einem bestimmten Zeitpunkt) - Der Laserstrahl hat somit an unterschiedlichen Zeitpunkten die Möglichkeit, abgedeckte Bereiche der Schweißnaht je nach Stellung der Achse zu erreichen und dort eine Verschweißung zu erzielen.
- Es wird ein vollflächiges verschweißen unter Anwendung einer Innenspannung erreicht
Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer solchen Spannvorrichtung sind in den Figuren dargestellt.
In Figur 1 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, eine Spannvorrichtung 1 für das Zusammenfügen eines ersten Bauteiles 2 mit einem zweiten Bauteil 3 mittels Energieeintrag in einen Fügebereich 4 zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 2, 3 dargestellt. Die Funktionsweise des hier zugrunde liegenden Fügeverfahrens, insbesondere das Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffbauteilen, ist grundsätzlich bekannt. Um in einem Fügebereich 4, an dem ein Teil des ersten Bauteiles 2 mit einem Teil des zweiten Bauteiles 3 zur Anlage gekommen ist, zusammenzufügen, wird zum Beispiel das erste Bauteil 2 mit einem ersten Spannelement 5 in seiner Lage fixiert. Weiterhin ist ein zweites Spannelement 6 vorhanden, mit dem das zweite Bauteil 3, ausgerichtet auf die Lage des ersten Bauteiles 2, ebenfalls lagefixiert ist. Dabei ist es erforderlich, dass die beiden Bauteile 2, 3 in dem Fügebereich 4 unter Druck (Vorspannung) aneinander liegen. Hierzu ist vorgesehen, dass das zweite Spannelement 6 eine Innenhalterung 7 und eine Außenhalterung 8 umfasst, wobei diese beiden Halterungen 7, 8 von einem Durchtrittsspalt 9 voneinander getrennt sind. Die Lage dieses Durchtrittsspaltes 9 entspricht in seinem Verlauf dem Verlauf des Fügebereiches 4. Das bedeutet, dass von außen ein strahlförmiger Energieeintrag, zum Beispiels mittels eines Laserstrahles, erfolgt (bei Betrachtung der Figur 1 zum Beispie! senkrecht von oberhalb des Durchtrittsspaltes 9 in Richtung des Fügebereiches 4). Dieser Energieeintrag erfolgt umlaufend längs des Durchtrittsspaltes 9, so dass die beiden Bauteile 2, 3 in ihrem Fügebereich 4 miteinander zusammengefügt werden.
In Figur 2 ist die Spannvorrichtung 1 gemäß Figur 1 von oben gezeigt. Hierbei ist der Durchtrittsspalt 9 von zumindest einem Verbindungselement 10 zunächst für den Energiestrahl von oben unterbrochen, so dass bei dem Abfahren des Durchtrittsspaltes 9 der Energiestrahl bei einem feststehenden Verbindungselement unterbrochen würde. Durch diese Unterbrechung kann der Energiestrahl nicht auf den Fügebereich 4 treffen, so dass es zu einer Fehlstelle kommt. Um hier entsprechende Abhilfe zu schaffen, ist das zumindest eine Verbindungselement 10 bewegbar gelagert und ein (nicht dargestellter) Antrieb zum Bewegen des zumindest einen Verbindungselementes 10 in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles vorgesehen. Das bedeutet, dass dann, wenn der Energiestrahl sich auf das Verbindungselement 10 zu bewegt, das Verbindungselement 10 so in Abhängigkeit von der Bewegung und Ausrichtung des Energiestrahles bewegt wird, dass der Energiestrahl immer von der Quelle bis in den Fügebereich 4 ohne Unterbrechung gelangen kann.
Hierzu sind beispielhaft in Figur 3 und 4 Ausgestaltungen von Verbindungselementen 10 gezeigt, die bewegbar zum Beispiel an der Innenhalterung 7 und der Außenhaiterung 8 gelagert sind. Dabei sind sie zum einen so an den beiden Halterungen 7, 8 gelagert, dass bei Ausübung einer Kraft auf die Außenhaiterung 8 diese auf die Innenhalterung 7 und diese wiederum auf die beiden Bauteile 2, 3 übertragen wird. Mit Bezug auf die Figur 1 sind also die Innenhalterung 7 und die Außenhaiterung 8 über das Verbindungselement 10 so miteinander verbunden, dass bei Betrachtung der Figur 1 bei Aufbringung einer Kraft von oben das Bauteil 3 hier in seinem umlaufenden äußeren Endbereich im Fügebereich 4 auf die nach oben weisende umlaufende Kante des Bauteiles 2 gedrückt wird. Dieser Druck bzw. diese Vorspannung ist erforderlich, um im Fügebereich 4 bei Energieeintrag eine optimale Fügung zu erzielen. Beispiel: bewegliche Halterung
- Das Halteelement/die Halteelemente wird/werden über entsprechende Bewegungseinrichtungen hin und her bewegt,
- Im Schweißprozess wird das zumindest eine Haltelement bewegt, so dass der Schweißbereich wechselweise freigegeben wird (je nach Position des Elements zu einem bestimmten Zeitpunkt),
- Der Laserstrahl hat somit an unterschiedlichen Zeitpunkten die Möglichkeit, abgedeckte Bereiche der Schweißnaht je nach Stellung des Elements zu erreichen und dort eine Verschweißung zu erzielen,
- Es wird ein vollflächiges verschweißen unter Anwendung einer Innenspannung erreicht.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das zumindest eine Verbindungselement 10 an der Innenhalterung 7 oder der Außenhalterung 8 angeordnet ist und verschwenkt wird. Dabei ist im unteren Teil dieser Figur 5 erkennbar, dass sich der Energiestrahl zunächst dem Verbindungselement 10 annähert und dann, wenn er auf das Verbindungselement 10 treffen würde, dieses rechtzeitig aus dem Verlauf des Energiestrahles herausbewegt wird, so dass der Energiestrahl nicht durch das Vorhandensein des Verbindungselementes 10 unterbrochen wird. Diese Bewegung des Verbindungselementes 10 kann eine Verschwenkung, eine Verschiebung oder eine Verformung sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem das Halteelement beweglich an den Innenspannbacken angeordnet ist, dient es derart der Kraftübertragung zwischen Halterung und Innenspannbacken, dass mehr als zwei Verbindungselemente vorhanden sind. Zumindest eines bewegt sich, während die anderen die Kraftübertragung aufrecht halten. Die Kraftübertragung erfolgt senkrecht zur Bewegung des Steges, so dass die Lagerung keinen Einfluss auf die Haltekraft hat. Figur 6 zeigt das Ausführungsbeispiel, bei dem zumindest zwei Verbindungselemente 10 vorgesehen sind und das zumindest eine Verbindungselement 10 eine Verbindung zwischen der Innenhalterung 7 und der Außenhalterung 8 dort herstellt, wo sich gerade kein Energiestrahl befindet (in diesem Fall ist das Verbindungselement 10 grau schattiert und als aktiv bezeichnet), und das zumindest eine weitere Verbindungselement 10 aus dem Durchtrittsspalt 9 zwischen der Innenhalterung 7 und der Außenhalterung 8 herausbewegt ist, wo sich gerade ein Energiestrahl befindet (in Figur 6 gestrichelt dargestellt und als gezogen bezeichnet). Das bedeutet, dass in diesem Fall die Verbindung zwischen der Innenhalterung 7 und der Außenhalterung 8 durch längs ihrer Längsachse bewegbare Verbindungselemente 10 erfolgt.
Um die erforderlichen Kräfte zwischen der Innenhalterung 7 und der Außenhalterung 8 zu übertragen, sind die Verbindungselemente 10 vorzugsweise stabförmig mit einem eckigen oder runden Querschnitt ausgebildet.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass Mittel zur Aufbringung der erforderlichen Drücke und zum Bewegen der Verbindungselemente 10 vorhanden, aber in den Figuren nicht dargestellt sind. Außerdem ist es auch denkbar, dass entlang des Durchtrittsspaltes 9 nicht nur ein Energiestrahl, sondern mehr als ein Energiestrahl (zum Beispiel genau zwei Energiestrahle) geführt werden.
Beispiel: ziehbare Halterung
- Die Halteelemente können entsprechende Bewegungseinrichtungen gezogen und wieder zur Innenspannung eingeschoben werden,
- im Schweißprozess werden die Haltelemente wechselweise bewegt, so dass der Schweißbereich wechselweise freigegeben wird, aber gleichzeitig immer eine Gruppe von Haltelementen die Innenspannung aufrecht erhält, - Der Laserstrahl hat somit an unterschiedlichen Zeitpunkten die Möglichkeit, abgedeckte Bereiche der Schweißnaht je nach Stellung der Elemente zu erreichen und dort eine Verschweißung zu erzielen,
- Es wird ein vollflächiges verschweißen unter Anwendung einer Innenspannung erreicht.
Verbindungselement = Halteelement
Bezugszeicheniiste
1. Spannvorrichtung
2. Erstes Bauteil
3. Zweites Bauteil
4. Fügebereich
5. Erstes Spannelement
6. Zweites Spannelement
7. Innenhalterung
8. Aussenhalterung
9. Durchtrittsspalt
10. Verbindungselement

Claims

Spannvorrichtung zum Laserstrahlschweißen Patentansprüche
1. Spannvorrichtung (1), ausgebildet zum Fügen zweier Bauteile (2, 3) mittels eines strahlförmigen Energieeintrages in einem Fügebereich (4), wobei ein erstes und ein zweites Spannelement (5, 6) zum Fixieren der beiden Bauteile (2, 3) während des Energieeintrages unter Vorspannung vorgesehen sind und das zweite Spannelement (6) von einer Innenhalterung (7) und einer Aussenhalterung (8) gebildet ist, wobei die innenhalterung (7) und die Aussenhalterung (8) von einem umlaufenden Durchtrittsspalt (9) getrennt voneinander und von zumindest einem Verbindungselement (10) in ihrer Position relativ zueinander gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (10) bewegbar gelagert und ein Antrieb zum Bewegen des zumindest einen Verbindungselementes (10) in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles vorgesehen ist.
2. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (10) einen Durchtrittsbereich für den Energiestrahl aufweist.
3. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsbereich als eine Ausnehmung in einem aus einem Voilmaterial gebildeten Verbindungselement (10) gestaltet ist.
4. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsbereich als eine Öffnung in einem aus einem Rohrmateriai gebildeten Verbindungseiement (10) gestaltet ist.
5. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb in oder an der innenhalterung (7) und/oder in oder an der Aussenhalterung (8) angeordnet ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Spannvorrichtung (1), ausgebildet zum Fügen zweier Bauteile (2, 3) mittels eines strahlförmigen Energieeintrages in einem Fügebereich (4), wobei ein erstes und ein zweites Spannelement (5, 6) die beiden Bauteile (2, 3) während des Energieeintrages unter Vorspannung halten und das zweite Spannelement (6) von einer Innenhalterung (7) und einer Aussenhalterung (8) gebildet ist, wobei die Innenhalterung (7) und die Aussenhalterung (8) von einem umlaufenden Durchtrittsspalt (9) getrennt voneinander und von zumindest einem Verbindungselement (10) in ihrer Position relativ zueinander gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) bewegbar gelagert ist und in Abhängigkeit der Bewegung des Energiestrahles bewegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Stellung des zumindest einen Verbindungselementes (10) und der Ausrichtung des Energiestrahles dieser derart durch einen Durchtrittsbereich des zumindest einen Verbindungselementes (10) für den Energiestrahl auf den Fügebereich (4) auftrifft, dass der Energiestrahl durch das zumindest eine Verbindungselement (10) nicht unterbrochen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Verbindungselemente (10) vorgesehen sind und das zumindest ein Verbindungselement (10) eine Verbindung zwischen der Innenhalterung (7) und der Aussenhalterung (8) dort herstellt, wo sich gerade kein Energiestrahl befindet, und das zumindest ein weiteres Verbindungselement (10) aus dem Durchtrittsspalt (9) zwischen der Innenhalterung (7) und der Aussenhalterung (8) herausbewegt ist, wo sich gerade ein Energiestrahl befindet. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein Verbindungselement (10) an der Innenhalterung (7) oder der Aussenhaiterung (8) angeordnet ist und verschwenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein Verbindungselement (10) durch eine Relativbewegung zwischen der Innenhalterung (7) und der Aussenhaiterung (8) bewegt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016113553A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 HELLA GmbH & Co. KGaA Spannvorrichtung einer Fügeeinrichtung und Fügeeinrichtung
DE102018102494A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Evosys Laser GmbH Spannvorrichtung und zugehörige Laserschweißeinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06234089A (ja) * 1993-02-10 1994-08-23 Toyota Motor Corp レーザシーム溶接機
DE102007042739A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-23 Lpkf Laser & Electronics Ag Spannvorrichtung zum Spannen mindestens zweier Bauteile
DE102009043376A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Lmb Automation Gmbh Vorrichtung zum Fügen von wenigstens zwei, insbesondere wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehenden Fügepartnern
US20110259857A1 (en) * 2010-04-23 2011-10-27 Johnson Jeffrey D Rotating laser welding pressure unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06234089A (ja) * 1993-02-10 1994-08-23 Toyota Motor Corp レーザシーム溶接機
DE102007042739A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-23 Lpkf Laser & Electronics Ag Spannvorrichtung zum Spannen mindestens zweier Bauteile
EP2136959B1 (de) 2007-04-17 2011-05-25 LPKF Laser & Electronics AG Spannvorrichtung zum spannen mindestens zweier bauteile
DE102009043376A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Lmb Automation Gmbh Vorrichtung zum Fügen von wenigstens zwei, insbesondere wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehenden Fügepartnern
US20110259857A1 (en) * 2010-04-23 2011-10-27 Johnson Jeffrey D Rotating laser welding pressure unit

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