WO2013131797A1 - Strahlgestützte fügemaschine, insbesondere laser-durchstrahl-schweisseinrichtung - Google Patents

Strahlgestützte fügemaschine, insbesondere laser-durchstrahl-schweisseinrichtung Download PDF

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Thomas Amann
Matthias LIPPL
Anton SCHMAILZL
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Lpkf Laser & Electronics Ag
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    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/26—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S43/235 - F21S43/255
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    • F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/27—Attachment thereof

Definitions

  • Beam-supported joining machine in particular laser penetrating welding device
  • German Patent Application DE 10 2012 203 694.6 is incorporated herein by reference.
  • the invention relates to a beam-based joining machine and in particular a laser transmission welding device with the features specified in the preamble of claim 1.
  • Such joining machines can also be realized by laser butt welding, laser soldering or the like in addition to the aforementioned laser beam welding. Such as from the
  • DE 101 33 956 AI discloses a clamping device for laser soldering or laser welding, in which there is provided a so-called geometry clamping means is provided which has a shape adapted to the contour of the respective component.
  • a negative pressure which is generated in particular by a large number of individual suction cups, the component sets against a surface of the mold non-positively and flat.
  • the disclosed clamping device is also very complex and problematic due to the suction cups used in the tension of components with three-dimensional running joint seam.
  • DE 100 60 394 AI discloses a device for fixing by means of a laser to be welded components.
  • the jaws are made of a material transmissive to the laser beam.
  • the invention is based on the object of improving a beam-supported joining machine with regard to its clamping device for clamping the components in such a way that a high clamping force can be applied to the components in a particularly effective manner even in the case of a joining seam having a complex course.
  • the tensioning principle according to the invention thus utilizes magnetic forces for the generation of the tension between the components to be connected, in a departure from previously known tensioning principles. These can be transferred to the components without contact, especially when magnetic repulsion forces are used for clamping.
  • An adaptation to a complex course of the seam is in this case by the intended magnetic or magnetizable tape - in the following will be only talk of a magnetic tape - in a structurally simple way possible.
  • complex seam geometries can also be added with the aid of the tensioning device according to the invention.
  • the magnetic tape is formed by a plurality of juxtaposed permanent magnets facing the control magnet - and thus also to be acted upon components - with the same direction polarity.
  • the installation direction is preferably such that between the control magnet and the permanent magnet, the above-mentioned magnetic repulsive force is generated as a clamping force for the components to be clamped.
  • the magnetic tape on a continuous band in the longitudinal direction, ferromagnetic tape insert for holding the permanent magnet Due to the attraction between this ferromagnetic tape insert and the permanent magnets a uniformly manageable during assembly of the clamping device assembly is created. Because of the segmented permanent magnets, a flexible adaptation of the shape of the magnetic strip is possible, which makes this type of clamping device particularly suitable for three-dimensionally extending joining seams.
  • the control magnet is a guided with the jet head electromagnet.
  • This can also be attached to the jet head, so that the generation of the magnetic clamping force between the components without further action is generated synchronously with the movement of the jet head.
  • the clamping force between the two components is generated where it is needed for the successful welding of the two components.
  • the clamping frame can be provided with the magnetic tape at the same time as a handling device for the aufdinde on the first component second component.
  • the degree of integration is increased in the joining machine according to the invention.
  • the handling device has a carrier plate adapted to the shape of the second component, which holds this second component at least temporarily for handling and in the edge region of which the magnetic strip is arranged.
  • this carrier plate serves as a manipulation means for the component to be held, on the other hand, it absorbs the magnetic band.
  • the carrier plate thus fulfills an advantageous dual function.
  • the support plate may preferably be designed as a flexible mat, in particular a silicone mat.
  • silicone mat Under “semi-flexible” is a rubber-elastic configuration in the manner of a
  • the support plate is provided with a preferably closable suction valve, via which the parting plane between the support plate and the component to be held can be acted upon by negative pressure.
  • a negative pressure supply to the suction valve, the holder of the component on the support plate, wherein for the handling of the component, the vacuum source can be separated from the closed suction valve. Nevertheless, the component remains adhere to the support plate due to negative pressure and can be maneuvered into its desired position on the first component.
  • the suction valve can finally be occupied with a beneficial dual function, if it also acts as a docking element for the handling device of the joining machine.
  • the handling device can be, for example, a manipulator arm of a multi-axis handling robot.
  • the entire handling process for the component can then be controlled by means of the carrier plate and the docking element attached thereto in the form of the suction valve.
  • a further system simplification results from the preferred development that the jet head and the handling device are guided on a common manipulator arm.
  • the placement of the second component to be welded to the first component, its voltage with the aid of magnetic clamping device, the simultaneous production of the joint seam by welding the two components with reliable clamping force in the region of the joining zone and removing the product consisting of the two welded components from the recording can be carried out on the manipulator arm, which acts on the suction valve darstell et lo-end docking to the support plate, without further technical equipment requirements.
  • FIG. 2 shows a perspective, enlarged detail view of the welding device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a section of the welding device according to FIGS. 1 and 2 in the joining zone
  • Fig. 4 to 7 are views of the laser transmission welding device according to
  • a laser transmission welding device has a beam head 1, with the aid of which a laser beam 2 guided by a laser source, not shown, is focused on the components 3, 4 to be joined and along the line between them Weld 5 is guided by means of a schematically indicated in Fig. 1 and 3 manipulator 6 of a handling robot.
  • the jet head 1 itself is of conventional design with respect to its optical design and therefore need not be explained in detail. Of the two components 3, 4, only one edge region can be seen in FIGS.
  • the handling device 8 has a carrier plate 9, which is adapted to the three-dimensionally shaped shape of the upper component 4, in the form of a mat consisting of semiflexible, rubber-like silicone material.
  • a magnetic tape 1 1 integrated consisting of individual, along the edge 10 juxtaposed permanent magnet 12. These are all arranged with their magnetic poles N / S facing in the same direction, ie - for example, as shown in FIG. 3 - with their north poles N upwards.
  • the support plate 9 is approximately centrally on its upper side provided with a suction valve 14 which can be docked in a manner not shown to a vacuum line. Furthermore, the suction valve 14 communicates with a suction line 15 in the support plate 9, which leads to a vacuum chamber 16 on the underside 17 of the support plate 9 facing the component 4. Thus, the parting plane between the support plate 9 and the component 4 can be subjected to negative pressure, whereby this component 4 can be held permanently on the support plate 9.
  • the suction valve 14 is further provided with a mechanical coupling 18, with which it can be docked to a corresponding docking mechanism 23 on the side of the jet head 1 to maneuver the carrier plate 9 with or without component 4.
  • a control magnet 19 is further shown in the form of an electromagnet, which is attached via a boom 20 on the jet head 1.
  • the control magnet 19 is positioned so that it can be performed with a small air gap 21 above the assembly of magnetic tape 1 1 and tape insert 13 along the support plate 9.
  • a magnetic repulsive force A between the control magnet 19 and the permanent magnet 12 of the magnetic strip 1 1 can be produced, which acts on the upper component 4 with a corresponding clamping force and against the lower component 3 presses.
  • This repulsive power will synchronously with the irradiation of the laser beam 2 onto the lower component 3 absorbing the laser radiation, through the upper, laser-transmissive component 4, so that this typical laser transmission welding takes place under high clamping force in the joining zone F surrounding the laser beam 2.
  • FIG. 4 shows, on the one hand, the lower component 3 inserted in the receptacle 7, with whose three-dimensionally shaped edge 24 the correspondingly shaped edge 25 of the upper component 4 is to be welded by means of laser transmission welding.
  • the upper component 4 is thereby maneuvered by the jet head 1 is docked with its lateral Andockmimik 23 to the coupling 18 of the suction valve 14 of the support plate 9.
  • the carrier plate 9 is moved to a corresponding supply magazine, which provides the upper component 4.
  • the support plate 9 is placed on this component and applied via the suction valve 14 negative pressure.
  • the component 4 can be transported in the direction of the component 3 in the receptacle 7.
  • Fig. 4 shows this transport step.
  • the support plate 9 is placed with the component 4 on the lower component 3 in the receptacle 7.
  • the suction valve 14 is closed, so that the negative pressure between the support plate 9 and the upper component 4 is maintained and the latter is held on the support plate 9.
  • the jet head 1 docks off the suction valve 14 and subsequently drives the overlapping edges 24, 25 of the two components 3, 4 along their three-dimensional contour, the laser beam 2 producing the weld seam 5 shown in FIG. 3 along the peripheral edges 24, 25 ,
  • the parallel control magnet 19 the clamping force between the components 3, 4 corresponding to the magnetic repulsion force A is applied during this welding process - see FIG. 6.
  • the blasting head 1 docks again to the suction valve 14, this is opened, whereby the negative pressure between the support plate 9 and upper component 4 is released.
  • the support plate 9 can thus be lifted off the upper component 4 - see FIG. 7.
  • the finished component from the two components 3, 4 can then be removed from the receptacle 7 and the production process for the next component can be restarted.

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Abstract

Eine strahlgestützte Fügemaschine, insbesondere Laser-Durchstrahl-Schweißeinrichtung, umfasst einen Strahlkopf (1) zur Bereitstellung eines eine Fügenaht (5) zwischen zwei Bauteilen (3, 4) erzeugenden Fügestrahls (2), eine Aufnahme (7) zur Lagerung des ersten Bauteils (3), und eine Spannvorrichtung zum Spannen der Bauteile (3, 4), insbesondere zum Spannen von Bauteilen (3, 4) mit einer dreidimensional verlaufenden Fügenaht (5), welche Spannvorrichtung ein dem Verlauf der Fügenaht angepasstes Spannmittel (11, 19) zum Erzeugen einer Spannkraft zwischen den beiden Bauteilen (3, 4) zumindest im Bereich der jeweils vom Fügestrahl (2) beaufschlagten Fügezone (F) aufweist, wobei als Spannmittel ein dem Verlauf der Fügenaht (5) angepasstes magnetisches oder magnetisierbares Band (11) vorgesehen ist, das zumindest im Bereich der jeweils vom Fügestrahl (2) beaufschlagten Fügezone (F) durch einen mit dem Fügestrahl (2) geführten Steuermagneten (19) aufgrund der zwischen Band (11) und Steuermagneten (19) wirkenden Magnetkräfte die Bauteile (3, 4) mit einer Spannkraft (A) beaufschlagt.

Description

Strahlgestützte Fügemaschine, insbesondere Laser-Durchstrahl- Schweißeinrichtung
Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 203 694.6 wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Die Erfindung betrifft eine strahlgestützte Fügemaschine und insbesondere eine Laser-Durchstrahl-Schweißeinrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Fügemaschinen können neben der erwähnten Laser-Durchstrahl- Schweißeinrichtung auch durch Laser-Stumpfschweiß-, Laser-Löt-Anlagen oder dergleichen realisiert werden. Wie beispielsweise aus der
DE 10 2007 042 739 AI bekannt ist, weisen solche strahlgestützten Füge- maschinen einen Strahlkopf zur Bereitstellung eines die Fügenaht zwischen den beiden Bauteilen erzeugenden Fügestrahls, eine Aufnahme zur Lagerung eines ersten Bauteils und eine Spannvorrichtung zum Spannen der beiden Bauteile auf. Bei der Spannvorrichtung gemäß der vorgenannten Druckschrift ist ein Innenspannstempel vorgesehen, der die Spannkraft in die von der Schweißnaht umrandete Fläche einleitet. Eine andere Ausführungsform dieser Spannvorrichtung beruht auf dünnen Stegen, die einen Außenspannrahmen mit dem Innenspannstempel mechanisch verbinden. Dabei ergibt sich zwischen Außen- und Innenspanntechnik ein hinreichender Spalt um die Schweißnaht auszubilden.
Problematisch ist diese Art von Spannvorrichtung für eine dreidimensional verlaufende Fügenaht, da dann der rahmenförmige Innenspannbacken bzw. die von außen nach innen greifenden, einzelnen Spannbacken in ihrer Lagerung und Konstruktion sehr aufwändig werden. Nachteilig bei der Ver- wendung der oben erläuterten Stempelspanntechnik in Kombination mit dem Konturschweißverfahren ist ferner die verhältnismäßig schlechte Spaltüberbrückbarkeit. Diese kommt dadurch zustande das der Spannstempel in vollflächigem Kontakt zum Bauteil steht, das Material jedoch nur punktuell plastifiziert wird.
Die DE 101 33 956 AI offenbart eine Spannvorrichtung zum Laserlöten oder Laserschweißen, bei der ein dort so bezeichnetes Geometriespannmittel vorgesehen ist, das eine der Kontur des jeweiligen Bau- elementes angepasste Form aufweist. Durch einen Unterdruck, der insbesondere durch eine Vielzahl einzelner Saugnäpfe erzeugt wird, legt sich das Bauelement gegen eine Oberfläche der Form kraftschlüssig und flächig an. Die offenbarte Spannvorrichtung ist dabei ebenfalls sehr komplex und aufgrund der verwendeten Saugnäpfe problematisch bei der Spannung von Bauteilen mit dreidimensional verlaufender Fügenaht.
Die DE 100 60 394 AI offenbart eine Vorrichtung zur Fixierung von mittels eines Lasers zu schweißenden Bauteilen. Dabei sind die Spannbacken aus einem für den Laserstrahl transmissiven Werkstoff gefertigt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine strahlgestützte Fügemaschine hinsichtlich ihrer Spannvorrichtung zum Spannen der Bauteile so zu verbessern, dass eine hohe Spannkraft auch bei einer Fügenaht mit komplexem Verlauf in besonders wirkungsvoller Weise auf die Bauteile aufgebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird konzeptionell durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist im Spannrahmen der Spannvorrichtung ein dem Verlauf der Fügenaht angepasstes magnetisches oder magnetisierbares Band vorgesehen, das zumindest im Bereich der jeweils vom Fügestrahl beaufschlagten Fügezone durch Zusammenwirken mit einem mit dem Fügestrahl geführten Steuermagneten aufgrund der zwischen Band und Steuermagneten wirkenden Magnetkräfte die Bauteile mit einer Spannkraft beaufschlagt.
Das erfindungsgemäße Spannprinzip nützt also in Abkehr bisheriger bekannter Spannprinzipien Magnetkräfte für die Erzeugung der Verspannung zwischen den zu verbindenden Bauteilen. Diese lassen sich - insbesondere wenn magnetische Abstoßungskräfte zum Spannen verwendet werden - berührungslos auf die Bauteile übertragen. Eine Anpassung an einen komplexen Verlauf der Fügenaht ist dabei durch das vorgesehene magnetische oder magnetisierbare Band - im Folgenden wird nur noch von einem Magnet-Band die Rede sein - auf konstruktiv einfache Weise möglich. Inso- weit können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung auch komplexe Nahtgeometrien gefügt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Magnet-Band durch eine Vielzahl aneinander gereihter Permanentmagneten gebildet, die mit gleichgerichteter Polarität dem Steuermagneten - und damit auch den zu beaufschlagenden Bauteilen - zugewandt sind. Die Einbaurichtung ist vorzugsweise so, dass zwischen dem Steuermagneten und dem Permanentmagneten die oben erwähnte magnetische Abstoßungskraft als Spannkraft für die zu spannenden Bauteile erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Magnetband eine in Bandlängsrichtung durchgehende, ferromagnetische Bandeinlage zur Halterung der Permanentmagneten auf. Durch die Anziehungskraft zwischen dieser ferromagnetischen Bandeinlage und den Permanent- magneten wird eine bei der Montage der Spannvorrichtung einheitlich handhabbare Baugruppe geschaffen. Aufgrund der segmentierten Permanentmagneten ist dabei eine flexible Formanpassung des Magnet-Bandes möglich, was diese Art von Spanneinrichtung besonders für dreidimensio- nal verlaufende Fügenähte geeignet macht.
Vorzugsweise ist der Steuermagnet ein mit dem Strahlkopf geführter Elektromagnet. Dieser kann auch am Strahlkopf befestigt sein, so dass die Erzeugung der magnetbedingten Spannkraft zwischen den Bauteilen ohne weitere Maßnahmen synchron mit der Bewegung des Strahlkopfes erzeugt wird. In vorteilhafter Weise wird also dort die Spannkraft zwischen den beiden Bauteilen erzeugt, wo sie für die erfolgreiche Verschweißung der beiden Bauteile benötigt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Spannrahmen mit dem Magnet-Band gleichzeitig als Handhabungseinrichtung für das auf das erste Bauteil aufzusetzende zweite Bauteil vorgesehen sein. Damit wird der Integrationsgrad bei der erfindungsgemäßen Fügemaschine erhöht. Eine bevorzugte Ausbildung dieser Integration sieht vor, dass die Handhabungseinrichtung eine der Form des zweiten Bauteils angepasste Trägerplatte aufweist, die dieses zweite Bauteil zur Handhabung zumindest temporär hält und in deren Randbereich das Magnet-Band angeordnet ist. Diese Trägerplatte dient also zum einen als Manipulationsmittel für das zu hal- tende Bauteil, zum anderen nimmt es das Magnet-Band auf. Die Trägerplatte erfüllt also eine vorteilhafte Doppelfunktion.
Im Hinblick auf typischerweise mit Hilfe des Laser-Durchstrahlschweißens zu fügende Bauteile, bei denen es sich beispielsweise um Kfz- Heckleuchten- Abdeckungen handelt, ist eine besonders rationelle Art der Befestigung dieser Bauteile an der Trägerplatte mittels Unterdruckbeaufschlagung definiert. Dazu kann die Trägerplatte vorzugsweise als se- miflexible Matte, insbesondere Silikonmatte, ausgeführt sein. Unter„semi- flexibel" ist dabei eine gummielastische Konfiguration nach Art eines
Saugnapfes zu verstehen, wodurch sich die Trägerplatte an eine mit sanften Rundungen dreidimensional geformte Oberfläche des zu haltenden Bauteils problemlos anschmiegen und damit ein zuverlässiges Ansaugverhalten erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerplatte mit einem vorzugsweise verschließbaren Saugventil versehen, über das die Trennebene zwischen Trägerplatte und dem zu haltenden Bauteil mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Damit kann durch zeitweises Anschließen ei- ner Unterdruckversorgung an das Saugventil die Halterung des Bauteils an der Trägerplatte erfolgen, wobei für die Handhabung des Bauteils die Unterdruckquelle vom geschlossenen Saugventil abgetrennt werden kann. Gleichwohl bleibt das Bauteil an der Trägerplatte unterdruckbedingt haften und kann in seine Sollposition auf dem ersten Bauteil manövriert werden.
Das Saugventil kann schließlich mit einer vorteilhaften Doppelfunktion belegt werden, wenn es gleichzeitig als Andockelement für die Handhabungseinrichtung der Fügemaschine fungiert. Bei der Handhabungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Manipulatorarm eines mehrachsigen Handlingroboters handeln. Der gesamte Handhabungs- prozess für das Bauteil kann dann mit Hilfe der Trägerplatte und dem daran angebrachten Andockelement in Form des Saugventils gesteuert werden. Eine weitere Systemvereinfachung ergibt sich durch die bevorzugte Weiterbildung, dass der Strahlkopf und die Handhabungseinrichtung an einem gemeinsamen Manipulatorarm geführt sind. Das Aufsetzen des mit dem ersten Bauteil zu verschweißenden zweiten Bauteils, dessen Spannung mit 5 Hilfe der magnetischer Spanneinrichtung, die gleichzeitige Herstellung der Fügenaht durch ein Verschweißen der beiden Bauteile bei zuverlässiger Spannkraft im Bereich der Fügezone und das Herausnehmen des aus den beiden verschweißten Bauteilen bestehenden Produkts aus der Aufnahme können dabei über den Manipulatorarm, der an dem das Saugventil darstell et lende Andockelement an der Trägerplatte angreift, ohne weitere anlagentechnische Anforderungen durchgeführt werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand 15 der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen: eine perspektivische Ansicht einer Laser-Durchstrahl-
Schweißeinrichtung, 0 Fig. 2 eine perspektivische, vergrößerte Detailansicht der Schweißeinrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt der Schweißeinrichtung gemäß Fig. 1 und 2 in der Fügezone, und
5
Fig. 4 bis 7 Ansichten der Laser-Durchstrahl-Schweißeinrichtung gemäß
Fig. 1 in aufeinanderfolgenden Fertigungszwischenschritten. Wie die Fig. 1 bis 3 erkennen lassen, weist eine Laser-Durchstrahl- Schweißeinrichtung einen Strahlkopf 1 auf, mit dessen Hilfe ein von einer nicht dargestellten Laserquelle herangeführter Laserstrahl 2 auf die zu fügenden Bauteile 3, 4 fokussiert und entlang der dazwischen herzustellen- den Schweißnaht 5 mittels eines schematisch in Fig. 1 und 3 angedeuteten Manipulatorarms 6 eines Handlingroboters geführt wird. Der Strahlkopf 1 selbst ist bezüglich seiner optischen Auslegung üblicher Bauart und braucht daher nicht näher erläutert zu werden. Von den beiden Bauteilen 3, 4 ist in den Fig. 1 und 2 lediglich ein Randbereich zu erkennen, es handelt sich dabei beispielsweise um ein wannenartiges Leuchtengehäuse als unteres Bauteil 4, auf dem eine transparente, eingefärbte Abdeckscheibe als oberes Bauteil 4 aufgesetzt und entlang der Schweißnaht 5 rundum damit im Wege des bekannten Laser- Durchstrahlschweißens verbunden wird. Das untere Bauteil 3 ist dabei in eine Aufnahme 7 lagegenau eingesetzt. Das obere Bauteil 4 wird mit Hilfe einer als Ganzes mit 8 bezeichneten Handhabungseinrichtung während des Produktionsprozesses gehandhabt. Dazu weist die Handhabungseinrichtung 8 eine der dreidimensional ausgeprägten Form des oberen Bauteils 4 ange- passte Trägerplatte 9 in Form einer aus semiflexiblem, gummiartigen Silikonmaterial bestehenden Matte auf.
Entlang des Randes 10 der Trägerplatte 9 ist um einige Millimeter nach innen versetzt in diese ein Magnetband 1 1 integriert, das aus einzelnen, entlang des Randes 10 aneinander gereihten Permanentmagneten 12 besteht. Diese sind alle mit ihren magnetischen Polen N/S in die gleiche Richtung weisend angeordnet, also - beispielsweise wie Fig. 3 zeigt - mit ihren Nordpolen N nach oben. Auf dem Magnetband 1 1 ist eine in Bandlängsrichtung durchgehende Bandeinlage 13 aus einem ferromagnetischen Material, wie einem geeigneten Stahl, eingesetzt, das mit den einzelnen Permanentmagneten 12 eine einheitliche Baugruppe innerhalb der Trägerplatte 9 bildet. Wie aus Fig. 1 bis 3 ferner deutlich wird, ist die Trägerplatte 9 etwa zentral auf ihrer Oberseite mit einem Saugventil 14 versehen, das in nicht näher dargestellter Weise an eine Unterdruckleitung angedockt werden kann. Ferner steht das Saugventil 14 mit einer Saugleitung 15 in der Trägerplatte 9 in Verbindung, die zu einem Unterdruckraum 16 an der dem Bauteil 4 zugewandten Unterseite 17 der Trägerplatte 9 führt. Damit kann die Trennebene zwischen Trägerplatte 9 und dem Bauteil 4 mit Unterdruck beaufschlagt werden, wodurch dieses Bauteil 4 an der Trägerplatte 9 auf Dauer festgehalten werden kann. Das Saugventil 14 ist ferner mit einer mechanischen Kopplung 18 versehen, mit der es an einen entsprechenden Andockmechanismus 23 an der Seite des Strahlkopfes 1 angedockt werden kann, um die Trägerplatte 9 mit oder ohne Bauteil 4 zu manövrieren. In Fig. 1 bis 3 ist ferner ein Steuermagnet 19 in Form eines Elektromagnets gezeigt, der über einen Ausleger 20 am Strahlkopf 1 befestigt ist. Der Steuermagnet 19 ist dabei so positioniert, dass er mit einem kleinen Luftspalt 21 oberhalb der Baugruppe aus Magnetband 1 1 und Bandeinlage 13 entlang der Trägerplatte 9 geführt werden kann. Bei einer entsprechenden Ak- tivierung der in Fig. 3 dargestellten Spule 22 des Steuermagneten 9 kann eine magnetische Abstoßungskraft A zwischen dem Steuermagneten 19 und den Permanentmagneten 12 des Magnetbandes 1 1 hervorgerufen werden, die das obere Bauteil 4 mit einer entsprechenden Spannkraft beaufschlagt und gegen das untere Bauteil 3 drückt. Diese Abstoßungskraft wird synchron mit dem Einstrahlen des Laserstrahls 2 auf das die Laserstrahlung absorbierende untere Bauteil 3 durch das obere, lasertransmissive Bauteil 4 hindurch aufgebracht, so dass dieses typische Laser-Durchstrahlschweißen unter hoher Spannkraft in der den Laserstrahl 2 umgebenden Fügezone F erfolgt.
Anhand der Fig. 4 bis 7 soll nun der Verschweißprozess der beiden Bauteile 3, 4 erläutert werden. So zeigt Fig. 4 zum einen das untere, in die Aufnahme 7 eingelegte Bauteil 3, mit dessen dreidimensional geformten Rand 24 der entsprechend geformte Rand 25 des oberen Bauteils 4 mittels Laser-Durchstrahlschweißen verschweißt werden soll. Das obere Bauteil 4 wird dabei manövriert, indem der Strahlkopf 1 mit seiner seitlichen Andockmimik 23 an die Kopplung 18 des Saugventils 14 der Trägerplatte 9 angedockt wird. Die Trägerplatte 9 wird zu einem entsprechenden Vorratsmagazin gefahren, das das obere Bauteil 4 bereitstellt. Die Trägerplatte 9 wird auf dieses Bauteil aufgesetzt und über das Saugventil 14 Unterdruck angelegt. Damit kann das Bauteil 4 in Richtung des Bauteils 3 in der Aufnahme 7 transportiert werden. Fig. 4 zeigt diesen Transportschritt.
In Fig. 5 ist die Trägerplatte 9 mit dem Bauteil 4 auf das untere Bauteil 3 in der Aufnahme 7 aufgesetzt. In dieser Stellung wird das Saugventil 14 geschlossen, so dass der Unterdruck zwischen der Trägerplatte 9 und dem oberen Bauteil 4 aufrechterhalten und letzteres an der Trägerplatte 9 gehalten wird. Der Strahlkopf 1 dockt vom Saugventil 14 ab und fährt daran anschließend die überlappenden Ränder 24, 25 der beiden Bauteile 3, 4 entlang deren dreidimensionaler Kontur ab, wobei der Laserstrahl 2 die in Fig. 3 gezeigte Schweißnaht 5 entlang der umlaufenden Ränder 24, 25 herstellt. Durch den parallel synchron dazu verlaufenden Steuermagneten 19 wird während dieses Schweißprozesses die Spannkraft zwischen den Bauteilen 3, 4 entsprechend der magnetischen Abstoßungskraft A aufgebracht - siehe Fig. 6.
Nach erfolgter Verschweißung dockt der Strahlkopf 1 wieder an das Saugventil 14 an, dieses wird geöffnet, wodurch der Unterdruck zwischen Trägerplatte 9 und oberem Bauteil 4 aufgehoben wird. Die Trägerplatte 9 kann so vom oberen Bauteil 4 abgehoben werden - siehe Fig. 7. Das fertige Bau- element aus den beiden Bauteilen 3, 4 kann anschließend aus der Aufnahme 7 entnommen und der Produktionsprozess für das nächste Bauelement von neuem gestartet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlgestützte Fügemaschine, insbesondere Laser-Durchstrahl- Schweißeinrichtung, umfassend
- einen Strahlkopf (1) zur Bereitstellung eines eine Fügenaht (5) zwischen zwei Bauteilen (3, 4) erzeugenden Fügestrahls (2),
- eine Aufnahme (7) zur Lagerung des ersten Bauteils (3), und
- eine Spannvorrichtung zum Spannen der Bauteile (3, 4), insbesondere zum Spannen von Bauteilen (3, 4) mit einer dreidimensional verlaufenden Fügenaht (5), welche Spannvorrichtung ein dem Verlauf der Fügenaht angepasstes Spannmittel (1 1, 19) zum Erzeugen einer Spannkraft zwischen den beiden Bauteilen (3, 4) zumindest im Bereich der jeweils vom Fügestrahl (2) beaufschlagten Fügezone (F) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- als Spannmittel ein dem Verlauf der Fügenaht (5) angepasstes magnetisches oder magnetisierbares Band (1 1) vorgesehen ist, das zumindest im Bereich der jeweils vom Fügestrahl (2) beaufschlagten Fügezone (F) durch einen mit dem Fügestrahl (2) geführten Steuer- magneten (19) aufgrund der zwischen Band (1 1) und Steuermagneten (19) wirkenden Magnetkräfte die Bauteile (3, 4) mit einer Spannkraft (A) beaufschlagt.
2. Fügemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische oder magnetisierbare Band (1 1) eine Vielzahl aneinandergereihter Permanentmagneten (12) aufweist, die mit gleichgerichteter Polarität (N, S) dem Steuermagneten (19) vorzugsweise derart zugewandt sind, dass zwischen letzterem und den Permanentmagneten (12) eine magnetische Abstoßungskraft (A) als Spannkraft für die zu span- nenden Bauteile (3, 4) erzeugbar ist.
3. Fügemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische oder magnetisierbare Band (1 1) eine in Bandlängsrichtung durchgehende, ferromagnetische Bandeinlage (13) zur Halterung der Permanentmagneten (12) aufweist.
4. Fügemaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermagnet (19) ein mit dem Strahlkopf (1) geführter, vorzugsweise daran befestigter Elektromagnet ist.
5. Fügemaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung mit dem magnetischen oder magnetisierbaren Band (1 1) in eine Handhabungseinrichtung (8) für das zweite Bauteil (4) integriert ist.
6. Fügemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Handhabungseinrichtung (8) eine der Form des zweiten Bauteils (4) an- gepasste Trägerplatte (9) aufweist, die das zweite Bauteil (4) zur Hand- habung zumindest temporär hält und in deren Randbereich das magnetische oder magnetisierbare Band (1 1) angeordnet ist.
7. Fügemaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (4) mittels Unterdruckbeaufschlagung an der Trägerplat- te (9) befestigbar ist.
8. Fügemaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trägerplatte (9) als semiflexible Matte, insbesondere Silikonmatte aus- geführt ist.
9. Fügemaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (9) mit einem Saugventil (14) versehen ist, über das die Trennebene zwischen Trägerplatte (9) und zweitem Bauteil (4) mit Unterdruck beaufschlagbar ist.
10. Fügemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Saugventil (14) verschließbar ist.
1 1. Fügemaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil (14) gleichzeitig Andockelement für die Handhabungseinrichtung (8) der Fügemaschine ist.
12. Fügemaschine nach Anspruch nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlkopf (1) und die Handhabungseinrichtung (8) an einem gemeinsamen Manipulatorarm (6) geführt sind.
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