WO2021032241A1 - Vorrichtung und verfahren zum thermischen fügen mittels energiestrahls - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum thermischen fügen mittels energiestrahls Download PDF

Info

Publication number
WO2021032241A1
WO2021032241A1 PCT/DE2020/100660 DE2020100660W WO2021032241A1 WO 2021032241 A1 WO2021032241 A1 WO 2021032241A1 DE 2020100660 W DE2020100660 W DE 2020100660W WO 2021032241 A1 WO2021032241 A1 WO 2021032241A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
energy beam
workpieces
joining
wires
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100660
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten RÖSLER
Original Assignee
Sklt Strahlkraft Lasertechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sklt Strahlkraft Lasertechnik Gmbh filed Critical Sklt Strahlkraft Lasertechnik Gmbh
Publication of WO2021032241A1 publication Critical patent/WO2021032241A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/147—Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the thermal joining of workpieces by means of an energy beam with the supply of wire-shaped filler material. They are particularly suitable for producing large-volume welded or soldered seams.
  • wired automated joining processes the energy of which is introduced by means of an energy beam, in particular a laser or electron beam, regularly use individual wires as filler material.
  • the wire is fed by means of outlet or wire nozzles, which each completely surround the individual wire.
  • the filler wire is fed through a cylindrical feed tube into the wire nozzle, from which it then strikes the workpiece surface, preferably at an angle of 20 ° to 60 °.
  • the wire is then hit by the energy beam at the so-called process point and, if necessary, melted together with parts of the workpieces.
  • the feed pipe and the wire nozzle are mostly designed as rotationally symmetrical turned parts.
  • the wire nozzle when replacing the wire nozzle, it is pushed over the individual wire protruding from the feed tube and then screwed into the feed tube by rotation about the wire axis.
  • the wire usually protrudes between 6 and 10 mm from the end of the wire nozzle on the wire exit side before it hits the process point.
  • the distance between the exit surface at the end of the wire nozzle on the wire exit side and the process point is also referred to as “sickout”.
  • the wire nozzles are regularly rotated conically on the exit side.
  • the wire rests on the workpiece in the area of the joining zone without gaps.
  • This gap-free position of the wire on the workpiece is ensured by means of technical facilities, preferably by telescopic mechanisms loaded with force, for example by a telescopic arm.
  • telescopic mechanisms loaded with force, for example by a telescopic arm.
  • force for example by a telescopic arm.
  • the wire nozzle transfers the force transmitted from the telescopic mechanism via the guide tube to the wire, which is consequently pressed steadily onto the workpiece. Height deviations along the joint of the workpieces to be joined are compensated for here.
  • the process point lies, i. H. the focus of the energy beam, between the two contact points of the wire on the work piece.
  • the filling of the seam volume of fillet or butt welds begins as a result of this when joining individual wires by melting the filler material at the root point located between the contact points and spreads from here towards the top of the seam or towards the contact points.
  • the energy beam is usually invariably positioned.
  • the intensity of the energy beam is set in such a way that the filler material and, if applicable, the partial areas of the workpieces to be joined are melted in order to form the desired material connection.
  • the compensating movement can be detected by the telescopic mechanism by means of a position sensor or displacement transducer.
  • the position signal recorded by the position sensor is used to track the focus position of the energy beam in order to keep the coupled power of the energy beam constant at the process point. This correction is made when joining individual wires in accordance with the relationships shown above in relation to the root point of the joint.
  • One of the disadvantages of joining technology based on individual wires is the possibly insufficient amount of filler material for specific joining tasks, which can be introduced into the area of the joining zone in a given time unit, since the conveying or feeding speed of the wire as well as the wire diameter are limited by the process are.
  • the single-wire joining technology can only be used to a limited extent. possibly only in connection with a - then often uneconomical - multi-layer technology.
  • thermal joining with a single wire occurs when joining workpieces that can only be positioned at the joint with larger and / or fluctuating gap widths or between which the thermal distortion during joining leads to the formation of corresponding gaps.
  • the wider the gap the further the individual wire and with it the process point is shifted into the gap. This can result in an uneven melting of the workpieces to be joined and thus an uneven connection of the workpieces with additional material.
  • the gaps are too large, the stability of the weld pool can be impaired.
  • the device for the thermal joining of workpieces by means of an energy beam comprises a wire feed unit and a beam head with beam shaping, beam splitting and / or beam movement unit.
  • the wire feed unit and the jet head are connected to one another by means of a telescopic arm.
  • the telescopic arm is displaceable along its telescopic axis against a release force, that is, the telescopic arm is under a longitudinal compressive stress.
  • the release power is generated by known technical means, for example by a spring, a pneumatic device or an electric drive.
  • the wire feed unit has a wire nozzle with a wire band channel for guiding at least one wire band composed of parallel adjacent, individually longitudinally displaceable wires, the wire band extending in a wire band plane spanned by the wires in the wire band channel.
  • the beam head is set up to widen the energy beam around a central beam axis, to split it up or to move it in a pendulum manner.
  • the central beam axis and the telescope axis lie in a guide plane which is oriented orthogonally to the wire band plane.
  • the method for thermal joining can be carried out by means of the proposed device or is carried out with this, whereby several wires fed into a joining zone are melted by means of the widened, divided or pendularly moving energy beam and solidify as an additional material to form a materially bonded joint of the workpieces.
  • welding processes parts of the workpieces are melted in addition to the wire material;
  • soldering processes as a rule, only the wire material is melted.
  • the filler material which is essentially formed from the wire material, can therefore - depending on the type of joining process - contain material components from melted workpiece material after melting.
  • the wires are individually longitudinally displaceable in the wire band, parallel to each other and fed into the joining zone, with at least the two edge-side wires of the wire band being pressed against one of the workpieces to be joined at a contact point.
  • the wire band here forms a bridge between the workpieces to be joined, in the simplest case it rests on two contact points on the workpieces to be joined.
  • the expansion, the division and / or the movement of the energy beam are set according to the invention in such a way that the energy beam detects the wire ribbon in its transverse extent.
  • the expanded or split energy beam simultaneously across the entire width of the wire band; With a pendular movement, the energy beam sweeps over the entire wire width in quick succession.
  • the central beam axis of the energy beam is preferably directed centrally on the wire ribbon.
  • One of the advantages of the method is that by feeding the wires in the form of the wire band, a relatively large amount of additional material can be introduced into the joining zone of the workpieces to be joined, compared to the individual wire, the wire band being very precisely inserted using the wire nozzle Can be positioned in relation to the workpieces to be joined.
  • the telescopic arm which is subjected to the release force, presses the wire band steadily against the workpiece. This constant contact between the wires and the workpieces enables the formation of a precisely defined weld pool geometry, especially when welding or soldering seams are made, and thus ensures a high level of process stability when making the joint.
  • the wire band can be variably positioned by tilting and shifting in relation to the workpieces to be joined.
  • the position and the distance between the contact points it is possible to pre-determine the position and the width of the joint connection to be produced and the respective connection ready on the workpieces. This allows inter alia the design of the weld and solder seam geometry to meet the demands of the load.
  • the wire band can be constructed in one or more layers.
  • the wires of the wire band positioned at the edge, which form the contact to the workpieces, result from the arrangement of the workpieces to be joined and the position and location of the wire band in relation to the workpieces.
  • the energy beam is controlled in such a way that the wires of the wire band begin to melt at the contact points.
  • the method is preferably carried out with a sickout in the range of 5 mm to 12 mm.
  • the sickout is the distance between the exit surface at the wire exit end of the wire nozzle and the point at which the wire resting on the workpiece is melted by means of the energy beam. Particularly good guidance and positioning of the wire band can be achieved in the sickout area selected in this way.
  • the parallel adjacent wires in the wire band are preferably in contact; this improves mutual guidance, especially when the wires are conveyed at different feed speeds.
  • the method can also be carried out with a small distance between the wires or with gaps that are specifically set. Wire ties with gaps are preferably used in the sickout area specified above.
  • the wire band channel of the wire nozzle has a shape adapted to the wire band.
  • the wire band channel has, for example, an oval-rectangular cross-section in which the wire band is guided with close tolerances or largely without play.
  • the narrow Füh tion tolerance or extensive backlash in the sense of this disclosure is to be understood that the wires are fixed in position transversely to the wire feed or conveying direction and at the same time the longitudinal displacement of the wires is guaranteed without jamming when feeding the wire, for example. That is, the wires or the wire band are guided with no or such a small play that unhindered wire transport is possible.
  • the wire feed unit has a feed tube which can be positively connected to the wire nozzle, wherein the wire nozzle can be locked on the feed tube against rotation and displacement.
  • the wire nozzle is, for example, pushed onto the guide tube in a form-fitting manner and fixed to it by means of a clamping device.
  • the wire nozzle can have one or two flattened recesses or clearances which are designed such that the wire nozzle has an outer contour tapering towards the wire outlet of the wire nozzle in the cutting plane perpendicular to the wire band plane.
  • the recesses or clearances can avoid collisions of the wire nozzle with the workpieces and / or the energy beam in specific machining situations.
  • the wire nozzle has an inner contour that tapers in a funnel-shaped manner into the wire inlet of the wire band channel.
  • the funnel angle is as flat as possible, i.e. H. significantly smaller than 90 °.
  • the funnel-shaped inner contour makes it easier to thread the wires when changing nozzles.
  • the device can also comprise a swivel unit for positioning, aligning and guiding the wire feed unit and the blasting head in relation to the workpieces to be joined.
  • the swivel unit is, for example, a robot arm to which the blasting head is attached.
  • the angular position of the wire band at the joint can be adjusted by means of the swivel unit.
  • the contact forces acting on the wire band at the contact points can be recorded during the joining by means of one or more force sensors, the alignment and positioning of the wire band and / or the power of the energy beam coupled into the joining zone depending on the recorded contact forces controlled and / or regulated.
  • the device can, for example, have one or more force sensors, by means of which forces orthogonal to the wire feed direction to the wire nozzle can be detected.
  • the wire feed direction is defined here in a known manner as the direction along the longitudinal extension of the wires towards the joining zone. ned.
  • the force sensor or sensors can be attached to the telescopic arm, for example. Since the contact forces acting on the wire band during joining are passed on to the telescopic arm via the wire feed unit, an indirect force detection can be carried out by the force sensors on the telescopic arm.
  • the joint geometry and / or the joint position of the workpieces to be joined can be recorded continuously by means of optical sensors, preferably by means of a light section sensor, before joining, whereby the alignment and positioning of the wire band, the feed speed of individual wires into the joining zone and / or the power of the energy beam coupled into the joining zone can be controlled and / or regulated as a function of the detected joint geometry and / or joint position.
  • the formation of the joining zone during joining can be recorded as a gray image by means of a camera, whereby the feed speed of individual wires into the joining zone and / or the power of the energy beam coupled into the joining zone can be controlled and / or regulated depending on the recorded gray image .
  • Fig. 1 the device for thermal joining in a side view
  • Fig. 2 the wire feed unit in perspective view
  • Fig. 5 the position of the wires before joining according to the procedural Ren in cross section
  • Fig. 6 the production of a fillet weld connection according to the prior art with means of a single wire in cross section
  • Fig. 10 the position of the wires before joining according to the procedural Ren when using multi-layer wire bands in cross section
  • the device for thermal joining according to FIG. 1 comprises the beam head 5 and the wire feed unit 1, which are connected to one another via the telescopic arm 4.
  • the telescopic arm 4 is displaceable along its telescopic axis 4.1.
  • the wires 2 are fed as a wire band 3 to the workpiece 7 via the wire nozzle 1.1 of the wire feed unit 1.
  • the telescopic arm 4 has a compression spring which generates a steady disengaging force along the telescopic axis 4.1. As a result, the wires 2 emerging from the wire nozzle 1.1 are pressed onto the workpiece 7 with a continuously acting force.
  • the wires 2 are melted by means of the energy beam 6, in the legislative play by means of a laser beam that is expanded around the central beam axis 6.1, split or moved in a pendulum manner.
  • the force sensor 10 is installed on the partial area of the telescopic arm 4 connected to the beam head 5 in order to detect the forces acting on the wire band 3 and introduced into the telescopic arm 4 via the wire feed unit.
  • the force sensor 10 is, for example, a strain gauge, by means of which the bending forces acting on the telescope arm 4 are determined by measuring the deformations of the telescope arm 4.
  • the exit of the wire band 3 from the parallel, adjacent, individually longitudinally displaceable wires 2 from the wire nozzle 1.1 of the wire feed device 1 is illustrated in FIG. 2.
  • the energy beam 6 hits the wire band 3 centrally with its central beam axis 6.1.
  • the wire nozzle 1.1 and the wire band 3 from the parallel adjacent wires 2 are aligned so that the guide plane is orthogonal to the wire band plane.
  • the guide plane is perpendicular to the image plane and runs along the central beam axis 6.1 of the energy beam 6.
  • the wire ribbon plane lies in the illustration according to FIG. 3 in a flat plane which includes the wire ribbon 3.
  • the orthogonal alignment of the guide level to the wire band level is illustrated by the marking of the perpendicular angles.
  • both workpieces 7 form a T-joint; the wire 2 lies in the crotch area of this T-joint and is completely captured by the energy beam 6.
  • 6 and 7 illustrate the differences between the single wire joining method according to the prior art and the method according to the invention, with the respective sub-figure a showing the state before the melting of the wire 2 or the wires 2 and the respective Partial figure b reproduce the state when the molten filler material 9 is present.
  • melting begins in the core or in the root area of the joint. binding, while in the wire band method according to the invention, the melting starts at the contact points 8.
  • FIG. 8 and 9 correspond to FIG. 7 with the difference that the energy beam 6 - instead of the oscillating movement - is expanded in FIG. 8 and divided in FIG. 9.
  • the wire band 3 can - as the two partial figures in FIG. 11 show - also be designed with gaps; the energy beam 6 is moved in an oscillating manner (part a) or divided (part b).
  • the right fillet weld is symmetrical, d. That is, the connection width a of the filler material 9 on the upper workpiece 7 corresponds to the connection width b on the lower workpiece 7.
  • the wire band 3 (not shown) and the energy beam 6 (not shown) are positioned so that the lateral angles ⁇ and ⁇ are between the respective workpiece 7 and the central beam axis 6.1 is the same size.
  • the left fillet weld is asymmetrical, with the connection width on the upper workpiece 7 resulting from the portion ai and the portion a2 located below the point of impact of the central beam axis 6.1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum thermischen Fügen von Werkstücken (7) mittels eines Energiestrahls (6) unter Zuführung von drahtförmigem Zusatz Werkstoff (9). Sie ermöglichen es, großvolumige Fügeverbindungen, insbesondere einlagige Schweiß- oder Lötnähte, mit hoher Positionsgenauigkeit prozessstabil zu erzeugen. Das Verfahren zum thermischen Fügen definiert die Zuführung eines Drahtbandes (3) aus aus parallel nebeneinanderliegenden, einzeln längsverschieblichen Drähten (2) aus, wobei das Drahtband (3) die zu fügenden Werkstücke (7) in Form einer Brücke kontaktiert. Das Drahtband (3) wird mittels des aufgeweiteten, aufgeteilten oder pendelnd bewegten Energiestrahls (6) aufgeschmolzen; nachfolgend erstarrt der Zusatzwerkstoff (9) unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Fügeverbindung der Werkstücke (7). Die Vorrichtung zum thermischen Fügen umfasst einen Strahl köpf (5) sowie eine Drahtzuführeinheit (1), die die verfahrensgemäße Ausrichtung des Drahtbandes (3) in Relation zum Energiestrahl (6) gewährleisten.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Fügen mittels Energiestrahls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum thermischen Fügen von Werkstücken mittels eines Energiestrahls unter Zuführung von drahtförmigem Zusatzwerkstoff. Sie eignen sich insbesondere zur Herstellung großvolumiger Schweiß- oder Lötnähte.
Herkömmliche drahtgebundene automatisierte Fügeprozesse, deren Energie mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Laser- oder Elektronenstrahls, eingebracht wird, nutzen regelmäßig Einzeldrähte als Zusatzwerkstoff. Die Drahtzuführung erfolgt mittels Austritts- bzw. Drahtdüsen, die den Einzeldraht jeweils vollständig umschlie ßen. Der Zusatzwerkstoff-Draht wird durch ein zylindrisches Zuführungsrohr in die Drahtdüse geführt, aus der er dann vorzugsweise unter einem Winkel von 20° bis 60° auf die Werkstückoberfläche auftrifft. Der Draht wird anschließend am sogenannten Prozesspunkt vom Energiestrahl getroffen und ggf. gemeinsam mit Teilbereichen der Werkstücke aufgeschmolzen. Das Zuführungsrohr und die Drahtdüse sind zumeist als rotationssymmetrische Drehteile ausgeführt.
Nach dem Stand der Technik wird die Drahtdüse beim Auswechseln über den ein zelnen, aus dem Zuführungsrohr hinausragenden Draht geschoben und anschlie ßend durch Rotation um die Drahtachse in das Zuführungsrohr eingeschraubt. Der Draht ragt üblicherweise zwischen 6 und 10 mm aus dem drahtaustrittsseitigen Ende der Drahtdüse heraus, bevor auf den Prozesspunkt trifft. Der Abstand zwischen der Austrittsfläche am drahtaustrittsseitigen Ende der Drahtdüse und dem Prozesspunkt wird auch als „Sickout“ bezeichnet. Um die Zugänglichkeit zum Werkstück zu ver bessern und Kollisionen zwischen dem drahtaustrittsseitigen Ende der Drahtdüse und dem oder den Werkstücken zu vermeiden, werden die Drahtdüsen drahtaus trittsseitig regelmäßig konisch gedreht.
Für eine sichere Prozessführung ist es vorteilhaft, dass der Draht im Bereich der Fü gezone spaltfrei auf dem Werkstück aufliegt. Diese spaltfreie Lage des Drahtes auf dem Werkstück wird mittels technischer Einrichtungen, vorzugsweise durch kraftbe lastete Teleskopmechanismen, zum Beispiel durch einen Teleskoparm, sicherge stellt. Mittels Federkraft, Luftdruck oder elektrischem Antrieb wird eine entlang der Teleskopachse des Teleskopmechanismus wirkende Ausrückkraft aufgebracht. Die Drahtdüse überträgt die aus dem Teleskopmechanismus über das Führungsrohr ein geleitete Kraft auf den Draht, der folglich stetig auf das Werkstück gedrückt wird. Hö henabweichungen entlang des Stoßes der zu fügenden Werkstücke werden hier durch ausgeglichen.
Beim Fügen mittels einzelnem Draht liegt der Prozesspunkt, d. h. der Fokus des Energiestrahls, zwischen den beiden Kontaktpunkten des Drahtes an den Werkstü cken. Die Füllung des Nahtvolumens von Kehl- oder Stumpfnähten beginnt infolge dessen beim Einzeldrahtfügen durch Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffes an dem zwischen den Kontaktpunkten liegenden Wurzelpunkt und breitet sich von hier aus in Richtung der Nahtoberseite bzw. zu den Kontaktpunkten aus.
Der Energiestrahl ist beim konventionellen Fügen mit einzelnem Zusatzwerkstoff- Draht im Regelfall unveränderlich positioniert. Die Intensität des Energiestrahls ist so eingestellt, dass der Zusatzwerkstoff und ggf. die Teilbereiche der zur fügenden Werkstücke aufgeschmolzen werden, um die gewünschte stoffschlüssige Verbindung zu bilden.
Es ist bekannt, dass die Ausgleichsbewegung durch den Teleskopmechanismus mit tels eines Positionssensors bzw. Wegaufnehmers erfasst werden kann. Das mit dem Positionssensor erfasste Positionssignal wird dazu genutzt, die Fokuslage des Ener giestrahls nachzuführen, um die einkoppelte Leistung des Energiestrahls im Pro zesspunkt konstant zu halten. Diese Korrektur erfolgt beim Einzeldrahtfügen gemäß der oben dargestellten Zusammenhänge in Bezug zum Wurzelpunkt der Fügenaht.
Einer der Nachteile der auf Einzeldrähten basierenden Fügetechnologie ist die bei spezifischen Fügeaufgaben ggf. unzureichende Menge an Zusatzwerkstoff, der in einer vorgegebenen Zeiteinheit in den Bereich der Fügezone eingebracht werden kann, da die Förder- bzw. Zuführgeschwindigkeit des Drahtes ebenso wie der Draht durchmesser prozesstechnisch beschränkt sind.
Sind aus Geometriegründen, vor allem aber aus Festigkeitsgründen, besonders gro ße Fügenähte erforderlich, ist die Eindrahtfügetechnologie nur bedingt anwendbar, ggf. auch nur in Zusammenhang mit einer - dann häufig unwirtschaftlichen - Mehrla gentechnik.
Ein weiterer Nachteil des thermischen Fügens mit Einzeldraht tritt beim Verbinden von Werkstücken auf, die am Fügestoß nur mit größeren und/oder schwankenden Spaltbreiten zueinander positioniert werden können oder zwischen denen es durch den thermischen Verzug während des Fügens zur Ausbildung entsprechender Spalte kommt. Je breiter der Spalt, desto weiter wird der Einzeldraht und mit ihm auch der Prozesspunkt in den Spalt hinein verschoben. Dies kann eine ungleichmäßige Auf schmelzung der zu fügenden Werkstücke und damit eine ungleichmäßige Anbindung der Werkstücke mit Zusatzwerkstoff zur Folge haben. Zudem kann bei zu großen Spalten die Stabilität des Schmelzbades beeinträchtigt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum thermischen Fügen von Werkstücken mit tels eines Energiestrahls bereitzustellen, die es ermöglichen, großvolumige Fügever bindungen, insbesondere einlagige Schweiß- oder Lötnähte, mit hoher Positions genauigkeit prozessstabil zu erzeugen, wobei die Materialverteilung des Zusatzwerk stoffes und die ggf. aufgeschmolzenen Bereiche der Werkstücke variabel einstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum thermischen Fügen mit den kenn zeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum thermi schen Fügen mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 7 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 sowie 8 bis 12 aufgeführt.
Nach Maßgabe der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum thermischen Fügen von Werkstücken mittels eines Energiestrahls, zum Beispiel eines Laser- oder Elektro nenstrahls, eine Drahtzuführeinheit sowie einen Strahlkopf mit Strahlformungs-, Strahlteilungs- und/oder Strahlbewegungseinheit. Die Drahtzuführeinheit und der Strahlkopf sind mittels eines Teleskoparmes miteinander verbunden. Der Teleskop arm ist entlang seiner Teleskopachse gegen eine Ausrückkraft verschiebbar, d. h., der Teleskoparm steht unter einer längsgerichteten Druckspannung. Die Ausrück- kraft wird mit bekannten technischen Mitteln, zum Beispiel durch eine Feder, durch eine pneumatischen Vorrichtung oder einen elektrischen Antrieb, erzeugt.
Die Drahtzuführeinheit weist eine Drahtdüse mit einem Drahtbandkanal zur Führung mindestens eines Drahtbandes aus parallel nebeneinanderliegenden, einzeln längs verschieblichen Drähten auf, wobei sich das Drahtband in einer von den Drähten aufgespannten Drahtbandebene im Drahtbandkanal erstreckt.
Der Strahlkopf ist dazu eingerichtet, den Energiestrahl um eine mittlere Strahlachse aufzuweiten, aufzuteilen oder pendelnd zu bewegen. Die mittlere Strahlachse und die Teleskopachse liegen erfindungsgemäß in einer Führungsebene, die orthogonal zur Drahtbandebene ausgerichtet ist.
Das Verfahren zum thermischen Fügen ist mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ausführbar bzw. wird mit dieser ausgeführt, wobei mehrere in eine Fügezone zuge führte Drähte mittels des aufgeweiteten, aufgeteilten oder pendelnd bewegten Ener giestrahls aufgeschmolzen werden und als Zusatzwerkstoff unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Fügeverbindung der Werkstücke erstarren. Bei Schweißverfahren werden neben dem Drahtwerkstoff auch Teilbereiche der Werkstücke aufgeschmol zen; bei Lötverfahren erfolgt im Regelfall nur ein Aufschmelzen des Drahtwerkstof fes. Der im Wesentlichen aus dem Drahtwerkstoff gebildete Zusatzwerkstoff kann also - je nach Art des Fügeverfahrens - nach dem Aufschmelzen Werkstoffanteile aus aufgeschmolzenem Werkstückwerkstoff enthalten.
Die Drähte werden einzeln längsverschieblich in dem Drahtband parallel nebenei nanderliegend in die Fügezone zugeführt, wobei mindestens die beiden randseitigen Drähte des Drahtbandes an einem Kontaktpunkt an jeweils einem der zu fügenden Werkstücke angedrückt werden. Das Drahtband bildet hierbei eine Brücke zwischen den zu fügenden Werkstücken aus, wobei es im einfachsten Fall an zwei Kontakt punkten an den zu verbindenden Werkstücken anliegt.
Die Aufweitung, die Teilung und/oder die Bewegung des Energiestrahls werden er findungsgemäß so eingestellt, dass der Energiestrahl das Drahtband in seiner Quererstreckung erfasst. D. h., bei Strahlaufweitung oder bei Strahlteilung deckt der aufgeweitete oder geteilte Energiestrahl simultan die gesamte Breite des Drahtban des ab; bei pendelnder Bewegung überstreicht der Energiestrahl in schneller Folge die gesamte Drahtbandbreite. Die mittlere Strahlachse des Energiestrahls ist vor zugsweise zentrisch auf das Drahtband gerichtet.
Einer der Vorteile des Verfahrens ist, dass durch die Zuführung der Drähte in Form des Drahtbandes eine - im Vergleich zum Einzeldraht - relativ große Menge an Zu satzwerkstoff in die Fügezone der zu verbindenden Werkstücke eingebracht werden kann, wobei das Drahtband mittels der Drahtdüse sehr genau in Bezug zu den zu fügenden Werkstücken positionierbar ist. Durch den mit der Ausrückkraft beauf schlagtem Teleskoparm, wird das Drahtband stetig gegen das Werkstück gedrückt. Dieses stetige Anliegen der Drähte an den Werkstücken ermöglicht, insbesondere bei Fierstellung von Schweiß- oder Lötnähten, die Ausbildung einer exakt definierten Schmelzbadgeometrie und gewährleistet somit eine hohe Prozessstabilität bei Her stellung der Fügeverbindung.
Zudem können ungleichmäßige Spalte an Stumpf- oder T-Stößen durch das Draht band ohne qualitative Einbußen der Fügenaht überbrückt werden.
Großvolumigen Schweiß- und Lötverbindungen, die bei Verwendung von Einzeldräh ten nur mittels Mehrlagentechnik herstellbar sind, können mit dem erfindungsgemä ßen Verfahrens vielfach bereits in Einlagentechnik gefertigt werden. Soweit erforder lich, ist das Verfahren aber auch in Mehrlagentechnik für besonders großvolumigen Fügeverbindungen oder für den additiven Aufbau von Formkörpern anwendbar.
Des Weiteren kann das Drahtband durch Verkippung und Verschiebung in Relation zu den zu fügenden Werkstücken variabel positioniert werden. Durch die Wahl der Lage und des Abstandes der Kontaktpunkte ist es möglich, die Lage und die Breite der zu erzeugenden Fügeverbindung sowie der jeweiligen Anbindungsbereiten an den Werkstücken vorzubestimmen. Dies erlaubt u. a. die beanspruchungsgerechte Gestaltung der Schweiß- und Lötnahtgeometrie.
Das Drahtband kann sowohl ein- als auch mehrlagig aufgebaut sein. Die randseitig positionierten Drähte des Drahtbandes, die den Kontakt zu den Werkstücken bilden, ergeben sich jeweils aus der Anordnung der zu fügenden Werkstücke und der Positi on und Lage des Drahtbandes in Relation zu den Werkstücken.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Energiestrahl so gesteuert, dass die Aufschmelzung der Drähte des Drahtbandes an den Kontaktpunkten be ginnt. Durch die Initiierung des Aufschmelzens an den Kontaktpunkten gelingt es, trotz der größeren Menge an Zusatzwerkstoff, ein relativ kleines, stabiles Schmelz bad mit schnell nachlaufender Erstarrungsfront zu erzeugen.
Das Verfahren wird vorzugsweise mit einem Sickout im Bereich von 5 mm bis 12 mm durchgeführt. Der Sickout ist hierbei der Abstand zwischen der Austrittsfläche am drahtaustrittsseitigen Ende der Drahtdüse und dem Punkt, an dem der am Werkstück anliegende Draht mittels des Energiestrahls aufgeschmolzen wird. In dem so gewähl ten Sickout-Bereich ist eine besonders gute Führung und Positionierung des Draht bandes erreichbar.
Die parallel im Drahtband benachbart liegenden Drähte berühren sich vorzugsweise; dies verbessert die gegenseitige Führung, insbesondere dann, wenn die Drähte mit jeweils unterschiedlicher Zuführungsgeschwindigkeit gefördert werden. Das Verfah ren ist ebenfalls mit geringem Abstand zwischen den Drähten oder mit gezielt einge stellten Lücken ausführbar. Die Anwendung von Drahtbändern mit Lücken erfolgt vorzugsweise im oben angegebenen Sickout-Bereich.
Zur verbesserten Führung der Drahtbandes weist der Drahtbandkanal der Drahtdüse eine dem Drahtband angepasste Form auf. Der Drahtbandkanal besitzt bei einem einlagigen Drahtband beispielsweise einen oval-rechteckigen Querschnitt, in dem das Drahtband eng toleriert bzw. weitgehend spielfrei geführt ist. Die enge Füh rungstoleranz bzw. weitgehende Spielfreiheit im Sinne dieser Offenbarung ist so zu verstehen, dass die Drähte quer zur Drahtzuführ- bzw. Förderrichtung lagefixiert sind und gleichzeitig die Längsverschieblichkeit der Drähte gewährleistet ist, ohne dass es zum Beispiel zu einem Klemmen beim Drahtzuführen kommt. D. h., die Drähte bzw. das Drahtband sind ohne oder mit einem so kleinen Spiel geführt, das ein un gehinderter Drahttransport ermöglicht ist. Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Drahtzuführeinheit ein Zufüh rungsrohr auf, das mit der Drahtdüse formschlüssig verbindbar ist, wobei die Draht düse am Zuführungsrohr gegen Verdrehung und Verschiebung arretierbar ist. Die Drahtdüse ist beispielswiese formschlüssig auf das Führungsrohr aufgeschoben und mittels einer Klemmvorrichtung an diesem fixiert.
Die Drahtdüse kann ein oder zwei abgeflachte Ausnehmungen bzw. Freimachungen aufweisen, die derart gestaltet sind, dass die Drahtdüse in der senkrecht zur Draht bandebene liegenden Schnittebene eine zum Drahtaustritt der Drahtdüse sich ver jüngende Außenkontur aufweist. Durch die Ausnehmungen bzw. Freimachungen können in spezifischen Bearbeitungssituationen Kollisionen der Drahtdüse mit den Werkstücken und/oder dem Energiestrahl vermieden werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Drahtdüse eine in den Drahteintritt des Drahtbandkanals sich trichterförmig verjüngende Innenkontur aufweist. Der Trichter winkel ist möglichst flach, d. h. deutlich kleiner als 90°, gewählt. Die trichterförmige Innenkontur erleichtert das Einfädeln der Drähte beim Düsenwechsel.
Die Vorrichtung kann zudem eine Schwenkeinheit zur Positionierung, Ausrichtung und Führung der Drahtzuführeinheit und des Strahlkopfes in Relation zu den zu fü genden Werkstücken umfassen. Die Schwenkeinheit ist beispielsweise ein Roboter arm, an dem der Strahlkopf befestigt ist. Mittels der Schwenkeinheit kann insbeson dere die Winkellage des Drahtbandes am Fügestoß eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens können die an den Kontaktpunkten auf das Drahtband wirkenden Kontaktkräfte während des Fügens mittels eines oder mehrerer Kraftsensoren erfasst werden, wobei die Ausrichtung und Positionierung des Draht bandes und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Energiestrahls in Abhängigkeit der erfassten Kontaktkräfte gesteuert und/oder geregelt werden.
Die Vorrichtung kann hierzu beispielsweise einen oder mehrere Kraftsensoren auf weisen, mittels derer orthogonal zur Drahtzuführungsrichtung auf die Drahtdüse wir kende Kräfte detektierbar sind. Die Drahtzuführrichtung ist hierbei in bekannter Wei se als die Richtung entlang der Längserstreckung der Drähte hin zur Fügezone defi- niert. Der oder die Kraftsensoren können beispielsweise am Teleskoparm ange bracht sein. Da die beim Fügen auf das Drahtband wirkenden Kontaktkräfte über die Drahtzuführeinheit in den Teleskoparm weitergeleitetet werden, ist eine indirekte Krafterfassung durch die Kraftsensoren am Teleskoparm durchführbar.
Bei Durchführung des Verfahren kann die Stoßgeometrie und/oder die Stoßlage der zu fügenden Werkstücke vor dem Fügen kontinuierlich mittels optischer Sensoren, vorzugsweise mittels eines Lichtschnittsensors, erfasst werden, wobei die Ausrich tung und Positionierung des Drahtbandes, die Zuführgeschwindigkeit einzelner Dräh te in die Fügezone und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Ener giestrahls in Abhängigkeit der erfassten Stoßgeometrie und/oder Stoßlage gesteuert und/oder geregelt werden.
Weiterhin kann die Ausbildung der Fügezone während des Fügens mittels einer Ka mera als Graubild erfasst werden, wobei die Zuführgeschwindigkeit einzelner Drähte in die Fügezone und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Energie strahls in Abhängigkeit des erfassten Graubildes gesteuert und/oder geregelt wer den.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merk male mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen:
Fig. 1 : die Vorrichtung zum thermischen Fügen in der Seitenansicht,
Fig. 2: die Drahtzuführeinheit in der Perspektivansicht,
Fig. 3: die Drahtzuführeinheit in der Draufsicht,
Fig. 4: die Lage des Drahtes vor dem Fügen mittels eines Einzeldrahtes nach dem Stand der Technik im Querschnitt,
Fig. 5: die Lage der Drähte vor dem Fügen nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren im Querschnitt,
Fig. 6: die Herstellung einer Kehlnahtverbindung nach dem Stand der Technik mit tels eines Einzeldrahtes im Querschnitt,
Fig. 7: die Herstellung einer Kehlnahtverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit pendelndem Energiestrahl im Querschnitt, Fig. 8: die Herstellung einer Kehlnahtverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit aufgeweitetem Energiestrahl im Querschnitt,
Fig. 9: die Herstellung einer Kehlnahtverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit geteiltem Energiestrahl im Querschnitt,
Fig. 10: die Lage der Drähte vor dem Fügen nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren bei Verwendung mehrlagiger Drahtbänder im Querschnitt,
Fig. 11 : die Lage der Drähte vor dem Fügen nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren bei Verwendung von Drahtbändern mit Lücke im Querschnitt,
Fig. 12: verschiedene Ausbildungen von Kehlnähten an einem T-Stoß im Querschnitt, und
Fig. 13: die Kräfte beim Andrücken des Drahtbandes an in einem T-Stoß angeordne te Werkstücke im Querschnitt.
Die Vorrichtung zum thermischen Fügen nach der Fig. 1 umfasst den Strahlkopf 5 und die Drahtzuführeinheit 1 , die über den Teleskoparm 4 miteinander verbunden sind. Der Teleskoparm 4 ist entlang seiner Teleskopachse 4.1 verschiebbar.
Über die Drahtdüse 1.1 der Drahtzuführeinheit 1 werden die Drähte 2 als Draht band 3 zum Werkstück 7 zugeführt. Der Teleskoparm 4 besitzt eine Druckfeder, die eine stetige Ausrückkraft entlang der Teleskopachse 4.1 erzeugt. Hierdurch werden die aus der Drahtdüse 1.1 austretenden Drähte 2 mit einer stetig wirkenden Kraft auf das Werkstück 7 gedrückt.
Zum Fügen werden die Drähte 2 mittels des Energiestrahls 6, im Ausführungsbei spiel mittels eines Laserstrahls, der um die mittlere Strahlachse 6.1 aufgeweitet, auf geteilt oder pendelnd bewegt wird, aufgeschmolzen.
An dem mit dem Strahlkopf 5 verbundenen Teilbereich des Teleskoparmes 4 ist der Kraftsensor 10 installiert, um die auf das Drahtband 3 einwirkenden und über die Drahtzuführeinheit in den Teleskoparm 4 eingeleiteten Kräfte zu erfassen. Der Kraft sensor 10 ist beispielsweise ein Dehnmessstreifen, mittels dessen die auf den Tele skoparm 4 wirkenden Biegekräfte durch Messung der Verformungen des Telesko parms 4 bestimmt werden. Den Austritt des Drahtbandes 3 aus den parallel nebeneinanderliegenden, einzeln längsverschieblichen Drähten 2 aus der Drahtdüse 1.1 der Drahtzuführvorrichtung 1 verdeutlicht Fig. 2. Der Energiestrahl 6 trifft mit seiner mittleren Strahlachse 6.1 zent risch auf das Drahtband 3.
Die Drahtdüse 1.1 und das Drahtband 3 aus den parallel nebeneinanderliegenden Drähten 2 sind so ausgerichtet, dass die Führungsebene orthogonal zur Drahtband ebene liegt. Die Führungsebene steht in der Draufsicht gemäß der Fig. 3 senkrecht in der Bildebene und verläuft entlang der mittleren Strahlachse 6.1 des Energie strahls 6. Die Drahtbandebene liegt in der Darstellung nach Fig. 3 in einer flachen Ebene, die das Drahtband 3 einschließt. Die orthogonale Ausrichtung von Führungs ebene zu Drahtbandebene wird durch die Kennzeichnung der senkrechten Winkel verdeutlicht.
Beispielhaft ist in Fig. 4 die Positionierung zweier Werkstücke 7 vor dem Fügen mit tels eines einzelnen Drahtes 2 nach dem Stand der Technik wiedergegeben. Beide Werkstücke 7 bilden einen T-Stoß; der Draht 2 liegt im Zwickelbereich dieses T- Stoßes und wird vom Energiestrahl 6 vollständig erfasst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird - gemäß dem Beispiel in Fig. 5 - durch das Drahtband 3 eine Brücke zwischen den beiden zu verbindenden Werkstücken 7 ge bildet. Die randseitigen Drähte 2 des Drahtbandes 3 liegen an den Kontaktpunkten 8 jeweils an einem der Werktücke 7 an. Mittels des um die mittlere Strahlachse 6.1 pendelnd bewegten Energiestrahls 6 werden die Drähte 2 und ggf. Teilbereiche der Werkstücke 7 aufgeschmolzen. Nach der Wiedererstarrung bildet der Zusatzwerk stoff 9 die Fügeverbindung.
Die Fig. 6 und die Fig.7 verdeutlichen die Unterschiede zwischen dem Eindraht- Fügeverfahren nach dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Verfah ren, wobei die jeweilige Teilfigur a den Zustand vor dem Aufschmelzen des Drah tes 2 bzw. der Drähte 2 und die jeweilige Teilfigur b den Zustand bei Vorliegen des schmelzflüssigen Zusatzwerkstoffs 9 wiedergeben. Beim konventionellen Eindraht- Verfahren beginnt das Aufschmelzen im Kern bzw. im Wurzelbereich der Fügever- bindung, während beim erfindungsgemäßen Drahtband-Verfahren die Aufschmel zung an den Kontaktpunkten 8 startet.
Die Fig. 8 und die Fig. 9 entsprechen der Fig. 7 mit dem Unterschied, dass der Ener giestrahl 6 - statt der pendelnden Bewegung - in der Fig. 8 aufgeweitet und in der Fig. 9 aufgeteilt ist.
In den beiden Teilfiguren der Fig. 10 sind Varianten von mehrlagigen Drahtbändern 3 dargestellt. In Teilfigur a kontaktieren die randseitigen Drähte 2 der unteren Lage des Drahtbandes 3 die Werkstücke 7; in Teilfigur b liegen die randseitigen Drähte 3 der oberen Lage des Drahtbandes 3 an den Werkstücken 7 an.
Das Drahtband 3 kann - wie die beiden Teilfiguren der Fig. 11 zeigen - zudem mit Lücken ausgebildet sein; der Energiestrahl 6 wird pendelnd bewegt (Teilfigur a) oder aufgeteilt (Teilfigur b).
Die Fig. 12 verdeutlicht die variablen Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfah rens zur Herstellung von Kehlnähten an T-Stößen. Die rechte Kehlnaht ist symmet risch ausgebildet, d. h., die Anbindungsbereite a des Zusatzwerkstoffes 9 am oberen Werkstück 7 entspricht der Anbindungsbreite b am unteren Werkstück 7. Hierzu wur den das (nicht dargestellte) Drahtband 3 und der (nicht dargestellte) Energiestrahls 6 so positioniert, dass die Lateralwinkel a und ß zwischen dem jeweiligen Werkstück 7 und der mittleren Strahlachse 6.1 gleich groß ist. Die linke Kehlnaht ist dagegen asymmetrisch ausgebildet, wobei sich die Anbindungsbereite am oberen Werk stück 7 aus dem oberhalb des Auftreffpunktes der mittleren Strahlachse 6.1 liegen den Anteils ai und dem darunter liegenden Anteil a2 ergibt.
In der Darstellung gemäß der Fig. 13 sind die verschiedenen Kontaktkräfte Fi, F2, F3 und F4 gezeigt, die auftreten, wenn das mittels der Drahtdüse 1.1 geführte Draht band 3 mit der vom (nicht dargestellten) Teleskoparm 4 ausgehenden Kraft FTA ge gen die Werkstücke 7 gedrückt wird. Das Drahtband 3 ist symmetrisch am T-Stoß positioniert, d. h. der Lateralwinkel a entspricht dem Lateralwinkel ß; hierdurch erge ben sich nach dem Fügen identische Anbindungsbreiten a und b. Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Drahtzuführeinheit
1.1 Drahtdüse 1.2 Zuführungsrohr
2 Draht
3 Drahtband
4 Teleskoparm
4.1 Teleskopachse 5 Strahlkopf
6 Energiestrahl
6.1 mittlere Strahlachse
7 Werkstücke
8 Kontaktpunkt 9 Zusatzwerkstoff
10 Kraftsensor a, b Anbindungsbreite ai, 3.2 anteilige Anbindungsbreite a, ß Lateralwinkel Fi, F2, FS, F4 Kontaktkräfte FTA Kraft vom Teleskoparm

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum thermischen Fügen von Werkstücken (7) mittels eines Energie strahls (6), umfassend eine Drahtzuführeinheit (1) sowie einen Strahlkopf (5) mit Strahlformungs-, Strahlteilungs- und/oder Strahlbewegungseinheit, wobei die Draht zuführeinheit (1) und der Strahlkopf (5) mittels eines Teleskoparmes (4) miteinander verbunden sind, der entlang seiner Teleskopachse (4.1) gegen eine Ausrückkraft verschiebbar ist, wobei
- die Drahtzuführeinheit (1) eine Drahtdüse (1.1) mit einem Drahtbandkanal zur Führung mindestens eines Drahtbandes (3) aus parallel nebeneinanderliegenden, einzeln längsverschieblichen Drähten (2) aufweist, das sich in einer von den Dräh ten (2) aufgespannten Drahtbandebene im Drahtbandkanal erstreckt, wobei die parallel im Drahtband (3) benachbart liegenden Drähte (2) sich berühren,
- der Drahtbandkanal eine dem Drahtband (3) angepasste Form aufweist, wobei das Drahtband (3) im Drahtbandkanal eng toleriert geführt ist, und
- der Strahlkopf (5) eingerichtet ist, den Energiestrahl (6) um eine mittlere Strahl achse (6.1) aufzuweiten, aufzuteilen oder pendelnd zu bewegen, wobei die mittle re Strahlachse (6.1) und die Teleskopachse (4.1) in einer Führungsebene liegen, die orthogonal zur Drahtbandebene ausgerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführein heit (1) ein Zuführungsrohr (1.2) aufweist, das mit der Drahtdüse (1.1) formschlüssig verbindbar ist, wobei die Drahtdüse (1.1) am Zuführungsrohr (1.2) gegen Verdrehung und Verschiebung arretierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtdü se (1.1 ) ein oder zwei abgeflachte Ausnehmungen aufweist, die derart gestaltet sind, dass die Drahtdüse (1.1) in der senkrecht zur Drahtbandebene liegenden Schnitt ebene eine zum Drahtaustritt der Drahtdüse (1.1) sich verjüngende Außenkontur aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtdüse (1.1) eine in den Drahteintritt des Drahtbandkanal sich trichterförmig ver jüngenden Innenkontur aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Schwenkeinheit zur Positionierung, Ausrichtung und Führung der Drahtzuführeinheit (1) und des Strahlkopfes (5) in Relation zu den zu fügenden Werkstücken (7).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend einen oder mehrere Kraftsensoren (10) zur Detektion von orthogonal zur Drahtzuführungsrichtung auf die Drahtdüse (1.1) wirkenden Kräften.
7. Verfahren zum thermischen Fügen von Werkstücken (7), ausführbar mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mehrere in eine Fügezone zu geführte Drähte (2) mittels eines aufgeweiteten, aufgeteilten oder pendelnd beweg ten Energiestrahls (6) aufgeschmolzen werden und als Zusatzwerkstoff (9) unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Fügeverbindung der Werkstücke (7) erstarren, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Drähte (2) einzeln längsverschieblich in einem Drahtband (3) parallel nebenei nanderliegend in die Fügezone zugeführt werden,
- mindestens die beiden randseitigen Drähte (2) des Drahtbandes (3) an jeweils ei nem Kontaktpunkt (8) an jeweils einem der zu fügenden Werkstücke (7) ange drückt werden, wobei durch das Drahtband (3) eine Brücke zwischen den zu fü genden Werkstücken (7) durch das Anliegen der beiden randseitigen Drähte (2) an den beiden Kontaktpunkten (8) ausgebildet wird, und
- die Aufweitung, die Teilung und/oder die Bewegung des Energiestrahls (6) so ein gestellt werden, dass der Energiestrahl (6) das Drahtband (3) in seiner Querer streckung erfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (6) so gesteuert wird, dass die Aufschmelzung der Drähte (2) des Drahtbandes (3) an den Kontaktpunkten (8) beginnt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie strahl (6) um eine mittlere Strahlachse (6.1) aufgeweitet, aufgeteilt oder pendelnd pendelnd bewegt wird, wobei die mittlere Strahlachse (6.1) zentrisch auf das Draht band (3) gerichtet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Kontaktpunkten (8) auf das Drahtband (3) wirkenden Kontaktkräf te (Fi, F2, F3, F4) während des Fügens mittels eines oder mehrerer Kraftsenso ren (10) erfasst werden, wobei die Ausrichtung und Positionierung des Drahtban des (3) und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Energiestrahls (6) in Abhängigkeit der erfassten Kontaktkräfte (Fi, F2, F3, F4) gesteuert und/oder gere gelt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßgeometrie und/oder die Stoßlage der zu fügenden Werkstücke (7) vor dem Fügen kontinuierlich mittels optischer Sensoren erfasst wird, wobei die Ausrichtung und Positionierung des Drahtbandes (3), die Zuführgeschwindigkeit einzelner Dräh te (2) in die Fügezone und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Energiestrahls (6) in Abhängigkeit der erfassten Stoßgeometrie und/oder Stoßlage gesteuert und/oder geregelt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Fügezone während des Fügens mittels einer Kamera als Graubild erfasst wird, wobei die Zuführgeschwindigkeit einzelner Drähte in die Fügezone und/oder die in die Fügezone eingekoppelte Leistung des Energiestrahls in Abhän gigkeit des erfassten Graubildes gesteuert und/oder geregelt werden.
- Hierzu sieben Blatt Zeichnungen -
PCT/DE2020/100660 2019-08-21 2020-07-24 Vorrichtung und verfahren zum thermischen fügen mittels energiestrahls WO2021032241A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019122462 2019-08-21
DE102019122462.4 2019-08-21
DE102019129379.0A DE102019129379A1 (de) 2019-08-21 2019-10-30 Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Fügen mittels Energiestrahls
DE102019129379.0 2019-10-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021032241A1 true WO2021032241A1 (de) 2021-02-25

Family

ID=74495172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2020/100660 WO2021032241A1 (de) 2019-08-21 2020-07-24 Vorrichtung und verfahren zum thermischen fügen mittels energiestrahls

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102019129379A1 (de)
WO (1) WO2021032241A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2824951A (en) * 1953-11-13 1958-02-25 Boehler & Co Ag Geb Welding process
FR2510927A1 (fr) * 1981-08-04 1983-02-11 Gay Pierre Baguette de soudage et son procede d'utilisation pour la soudure a l'arc
DE102010010148A1 (de) * 2010-03-04 2010-10-14 Daimler Ag Verfahren zum Beschichten von Lagerwerkstoffen
DE102017126354A1 (de) * 2017-03-14 2018-09-20 Scansonic Holding Se Verfahren und Vorrichtung zur drahtgebundenen additiven Fertigung
DE102019103350B3 (de) * 2018-11-28 2020-02-13 Sklt Strahlkraft Lasertechnik Gmbh Drahtzuführvorrichtung und Verfahren zur Drahtzuführung in eine Prozesszone

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3905684A1 (de) * 1989-02-24 1990-08-30 Ulrich Prof Dr Ing Draugelates Auftragschweissverfahren
US6682688B1 (en) * 2000-06-16 2004-01-27 Matsushita Electric Works, Ltd. Method of manufacturing a three-dimensional object
DE102009028105A1 (de) * 2009-07-30 2011-02-03 Robert Bosch Gmbh Generatives Verfahren zur Serienfertigung von metallischen Bauteilen
DE102012008369A1 (de) * 2012-04-25 2013-10-31 Airbus Operations Gmbh Verfahren zum Herstellen eines fluidführenden Bauteils durch schichtweisen Aufbau
DE102013214957A1 (de) * 2013-07-31 2015-02-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fügevorrichtung für ein stoffschlüssiges Fügen mittels eines Zusatzwerkstoffs
CN104227313B (zh) * 2014-09-03 2016-09-07 广州民航职业技术学院 一种腐蚀损伤零件的修复方法及装置
JP6750953B2 (ja) * 2015-03-23 2020-09-02 リンカーン グローバル， インコーポレイテッドＬｉｎｃｏｌｎ Ｇｌｏｂａｌ， Ｉｎｃ． 高エネルギー源とホットワイヤを用いた付加製造のための方法とシステム
KR101974524B1 (ko) * 2016-09-09 2019-05-02 (주)홍진 용접 와이어 송급장치
DE102016220219A1 (de) * 2016-10-17 2018-04-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zur Steuerung der Fertigung von Bauteilen
DE102018004294A1 (de) * 2018-05-17 2019-11-21 Technische Universität Dortmund Verfahren zur Reduzierung des Treppenstufeneffekts bei aus Blechen geschichteten Bauteilen oder Werkzeugen mittels additiver Auftragsverfahren und umformtechnischer Nachbearbeitung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2824951A (en) * 1953-11-13 1958-02-25 Boehler & Co Ag Geb Welding process
FR2510927A1 (fr) * 1981-08-04 1983-02-11 Gay Pierre Baguette de soudage et son procede d'utilisation pour la soudure a l'arc
DE102010010148A1 (de) * 2010-03-04 2010-10-14 Daimler Ag Verfahren zum Beschichten von Lagerwerkstoffen
DE102017126354A1 (de) * 2017-03-14 2018-09-20 Scansonic Holding Se Verfahren und Vorrichtung zur drahtgebundenen additiven Fertigung
DE102019103350B3 (de) * 2018-11-28 2020-02-13 Sklt Strahlkraft Lasertechnik Gmbh Drahtzuführvorrichtung und Verfahren zur Drahtzuführung in eine Prozesszone

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019129379A1 (de) 2021-02-25
DE102019129378A1 (de) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT413667B (de) Schweissverfahren und laser-hybrid-schweissbrenner
DE69901900T3 (de) Vorrichtung und verfahren zum miteinander schweissen von röhren
DE3780293T2 (de)
WO2018059901A1 (de) Verfahren und laserbearbeitungsmaschine zum laserschweissen eines ersten und eines zweiten werkstückabschnitts
DE102005004787A1 (de) Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater und Verfahren zu deren Herstellung
EP3030372B1 (de) Verfahren zum herstellen einer schweissverbindung
DE19608074C2 (de) Verfahren zum Schweißen von relativbewegten Werkstücken
DE3034357C1 (de) Verfahren zum Lichtbogenschweissen einer Umfangsnaht eines feststehenden Rohres
DE2640270C3 (de) Überkopf-Unterpulverschweißverfahren
EP1350590B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Tiefschweissmode-Strahlschweissen mit Hilfe mindestens eines Warmenstrahls und eines Zusatzwerkstoffes
WO2021032241A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum thermischen fügen mittels energiestrahls
EP2196279A2 (de) Schmelzfügeverfahren und -vorrichtung zur Herstellung einer Kehlnaht
DE19758001C2 (de) Verfahren und Gerätesystem zur schweißtechnischen Fertigung von Großrohren
DE102004050819A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlbearbeiten
DE102020133035A1 (de) System und verfahren zum verbesserten automatisierten schweissenvon ersten und zweiten werkstücken
DE102004050681B4 (de) Verfahren und Anlage zum Laserschweißen sowie Laserschweißung
DE19604205A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von Werkstücken durch Laserstrahlung
DE3844856C2 (de)
DE102017126698B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur additiven Fertigung
EP2465635B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Laserschweißnaht
DE4206583C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zweier themoplastischer Bauteile
DE102017126697A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von Werkstücken
EP3495081A1 (de) Verfahren zum zusammenfügen von zubehörteilen von dachentwässerungskomponenten und damit zusammengefügte zubehörteile
DE2537115A1 (de) Verfahren zum elektronenstrahlschweissen
DE2843986B1 (de) Verfahren zur Herstellung von spiralnahtgeschweisstem Stahlrohr

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20756756

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20756756

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1