DE10004676A1

DE10004676A1 - Clamp device for welding sheet metal parts e.g. automobile body components, has at least one bearing surface provided with openings coupled to vacuum source

Info

Publication number: DE10004676A1
Application number: DE2000104676
Authority: DE
Inventors: Winfried Rietz
Original assignee: Stahlkontor & Co KG GmbH
Current assignee: Stahlkontor & Co KG GmbH
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-16

Abstract

The clamp device (1) has 2 adjacent bearing surfaces with an intermediate welding beam channel (5), following the contour of the welding seam, defined between them, the surface of at least one of the bearing surfaces provided with openings (12) which are coupled to a vacuum source, for securing the supported sheet metal part. An independent claim for a sheet metal welding method is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung zum Schweißen von Blechen mit einer ersten Auflagefläche, einer zweiten Auflagefläche und einem dazwischen angeordneten Strahlkanal, der den Bereich der Schweißnaht freistellt.The invention relates to a clamping device for welding Sheets with a first contact surface, a second contact surface and an interposed beam channel that covers the area of the The weld seam is exposed.

Derartige Bleche werden als Dünnbleche bei der Herstellung von Karosserien moderner Personenkraftwagen verwendet. Hierzu werden Karosserieteile durch Tiefziehen und andere Umformverfahren aus Dünnblechen hergestellt. Formen, Werkstoffe und Oberflächen der Preßteile sind entsprechend der in der Fahrzeugkarosserie vorliegenden Belastungen und Anforderungen gewählt.Such sheets are called thin sheets in the manufacture of Bodies of modern passenger cars used. To do this Body parts by deep drawing and other forming processes Made of thin sheets. Forms, materials and surfaces of the Pressed parts are in accordance with those present in the vehicle body Loads and requirements selected.

In der Vergangenheit war es üblich, Preßteile einer Kfz-Karosserie aus einteiligen Blechzuschnitten einer vorbestimmten Dicke, Werkstoffart und Oberflächenqualität herzustellen. Derartige Preßteile aus einteiligen Platinen verfügen an jeder Stelle über die gleiche Blechdicke, die nur im Umformbereich leicht variiert, obwohl meist nur an einem besonderen Punkt des Preßteils diese Eigenschaften erforderlich sind. Das heißt, die örtlich maximal vorliegende Belastung bestimmt die Dicke, Werkstoffwahl und Oberfläche für das gesamte Preßteil und führt dazu, dass ein derartiges Preßteil an Stellen mit geringer Beanspruchung überdimensioniert ist und statisch unwirksame Massen beinhaltet. In the past, it was common to molded parts from a car body one-piece sheet metal blanks of a predetermined thickness, type of material and to produce surface quality. Such pressed parts one-piece boards have the same at every point Sheet thickness that only varies slightly in the forming area, although mostly only these properties at a particular point on the pressed part required are. That is, the maximum local load determines the thickness, choice of material and surface for the whole Press part and leads to the fact that such a press part with low stress is oversized and statically ineffective Masses included.

Um Preßteile für Kfz-Karosserien herzustellen, die eine über den Querschnitt entsprechend der örtlichen Belastungssituation optimierte Festigkeit, Dicke und Oberfläche aufweisen, werden mehrere Vorplatinen zu einem "Tailored Blank" zusammengeschweißt. Als Schweißverfahren für die Herstellung der Tailored Blanks wurde in der Vergangenheit zunächst das Quetschnahtschweißen eingesetzt, welches heute aber fast vollständig durch das Laserstrahlschweißen verdrängt worden ist.To manufacture pressed parts for car bodies, one over the Cross-section optimized according to the local load situation Having strength, thickness and surface area will be several Pre-boards welded together to form a "tailored blank". As Welding process for the production of tailored blanks was carried out in the In the past, squeeze seam welding was first used but today almost completely replaced by laser welding has been.

Die heute eingesetzten Tailored Blanks sind überwiegend aus zwei oder mehr rechteckigen oder rechteckähnlichen Vorplatinen zusammengesetzt und durch geradlinige Schweißnähte miteinander verschweißt. Diese Platinen werden daher auch als Lineare Tailored Blanks bezeichnet.The tailored blanks used today are mainly made up of two or more rectangular or rectangle-like blanks assembled and with each other by straight welds welded. These boards are therefore also called linear tailored Called blanks.

Es werden jedoch auch als nichtlineare Tailored Blanks bezeichnete mehrteilige Platinen mit nichtlinearer Schweißnaht gefertigt.However, they are also referred to as nonlinear tailored blanks multi-part boards with non-linear weld.

Gerade für das Laserschweißen von Nichtlinearen Tailored Blanks bestehen extrem hohe Anforderungen an das zu verschweißende Vormaterial und an das Einhalten eines genau definierten Fügespaltes, um eine zuverlässige Verschweißung zu gewährleisten. Deshalb müssen die zu verschweißenden Vorplatinen absolut paßgenau gefertigt werden und lagerichtig zueinander positioniert werden. Außerdem ist zu beachten, dass die Vorplatinen während des Schweißvorganges mit ausreichender Kraft gespannt sind, damit sie sich nicht während der Durchführung der Schweißung aufgrund einer Wärmedehnung oder - schrumpfung im Nahtbereich in ihrer Lage zueinander verändern. Especially for laser welding of non-linear tailored blanks there are extremely high demands on what is to be welded Primary material and adherence to a precisely defined joining gap, to ensure reliable welding. Therefore the pre-blanks to be welded must be manufactured with a perfect fit and are positioned correctly in relation to each other. Besides, is Please note that the pre-blanks with sufficient strength so that they are not during the Performing the weld due to thermal expansion or - Change the position of the shrinkage in the seam area in relation to each other.

Schon eine geringe Lageveränderung hätte zur Folge, dass der Fügespalt einen für eine sichere Verschweißung zulässigen Wert von zirka 10 Prozent der Materialdicke überschreiten könnte oder eine Lageveränderung des Fügestoßes eintritt, so dass der Laserstrahl die Schweißnaht nicht mehr ordnungsgemäß ausbilden kann.Even a small change in position would have the consequence that the Joining gap a value of permissible for secure welding could exceed approximately 10 percent of the material thickness or one Change in position of the joint occurs, so that the laser beam Can no longer properly form weld seam.

Neben der Festigkeit werden auch an die Geometrie des geschweißten Werkstückes hohe Anforderungen gestellt. Der maximal zulässige Kantenversatz in der Schweißnaht liegt bei etwa 10% der Materialdicke. Ausgehend von Dünnblechen, deren Dicke für Karosserieanwendungen zumeist bei zirka 0,5 bis 1,5 mm liegt, bedeutet dies, dass der zulässige Kantenversatz für die hergestellten Tailored Blanks bei zirka 0,05 bis 0,15 mm liegt. Dieser Wert kann nur durch eine feste Einspannung der zu verschweißenden Vorplatinen im Bereich der Schweißnaht erreicht werden.In addition to strength, the geometry of the welded is also considered High demands on the workpiece. The maximum allowed Edge offset in the weld seam is about 10% of the Material thickness. Starting from thin sheets whose thickness for Body applications are usually around 0.5 to 1.5 mm, this means that the allowable edge offset for the manufactured Tailored blanks are around 0.05 to 0.15 mm. This value can only by firmly clamping the pre-boards to be welded in Area of the weld.

Darüberhinaus ist bei der Herstellung der geschweißten Platinen darauf zu achten, dass die Oberfläche der Platinen nicht durch Kratzer, Riefen, Beulen und Schmutz beschädigt wird sondern die an dem Vormaterial vorhandene Oberflächengüte auch nach Durchführung des Laserstrahl verschweißens erhalten bleibt. Dies gilt insbesondere für Tailored Blanks, die in der Außenhaut der Kfz-Karosserie eingesetzt werden sollen.In addition, the welded blanks are on it to ensure that the surface of the boards is not scratched, scratched, Bumps and dirt will be damaged but on the primary material existing surface quality even after the laser beam has been carried out welding is retained. This applies in particular to tailored Blanks that are used in the outer skin of the car body should.

Ausgehend von diesen Anforderungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Einspannvorrichtung und ein Verfahren zum Schweißen von Blechen vorzustellen, die den für die Verschweißung erforderlichen minimalen Fügespalt vor und während des Schweißvorganges sicherstellen.Based on these requirements, the object of the invention based, a jig and a method for Imagine welding of sheet metal for welding required minimum joining gap before and during the Ensure the welding process.

Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Einspannvorrichtung gelöst, bei der an der Oberseite mindestens einer Auflagefläche Öffnungen vorgesehen sind, die mit einem Anschluß für eine Unterdruckeinrichtung verbunden sind.This task is done with a generic jig solved, with at least one contact surface on the top Openings are provided with a connection for one Vacuum device are connected.

Die Unterdruckeinrichtung erlaubt es, über die Öffnungen in der Auflagefläche unterhalb des zu bearbeitenden Blechteils Luft abzusaugen, so dass der atmosphärische Druck, der gegen die Blechoberfläche wirkt, das zu verschweißende Blech gegen die feinebene Oberfläche der Auflagefläche preßt. Es hat sich gezeigt, dass die blechtypischen Ebenheitsabweichungen im Bereich der Schweißnaht bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeebnet werden. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die aus dem atmosphärischen Druck resultierende Spannkraft einen für die Fixierung ausreichenden Wert darstellt, so dass die zu verschwei ßenden Bleche vor und während der Verschweißung sicher und ohne Lageveränderung zueinander gespannt werden.The vacuum device allows the openings in the Contact surface below the sheet metal part to be processed air aspirate so that the atmospheric pressure against the Sheet metal surface acts, the sheet to be welded against the fine flat surface of the contact surface presses. It has been shown that the typical flatness deviations in the range of Weld seam when using the device according to the invention to be leveled. Furthermore, it has been shown that the from the resulting atmospheric pressure one for the Fixation represents sufficient value so that the welded metal sheets before and during welding safely and without Changes in position to each other.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Oberflächen der Bleche bei Verwendung der beschriebenen Einspannvorrichtung in ihrer Qualität, ausgenommen in der Wärmeeinflußzone der Schweißnaht, erhalten bleiben und keine negativen Einflüsse wie zum Beispiel Riefen, Kratzer, Beulen oder Schmutz entstehen.It is particularly advantageous if the surfaces of the sheets are Use of the described clamping device in its quality, except in the heat affected zone of the weld stay and no negative influences such as scoring, Scratches, bumps or dirt occur.

Die Einpannvorrichtung kann bei Metallen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften, verwendet werden und eignet sich somit für alle metallischen Konstruktionswerkstoffe.The clamping device can be used with different metals physical properties, especially different magnetic properties, are used and are therefore suitable for all metallic construction materials.

Bei der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung werden oberhalb der zu verschweißenden Vormaterialien keine mechanischen Spann elemente benötigt, so dass der Bereich oberhalb der Vorrichtung sowohl für eine manuelle oder automatische Zuführung der Vor materialien als auch für die Abführung der geschweißten Platine frei ist.In the clamping device according to the invention, above the materials to be welded no mechanical clamping elements needed so that the area above the device for manual or automatic feeding of the pre materials as well as for the removal of the welded board is free.

Die Einspannvorrichtung erleichtert somit das Handling, beschleunigt den Produktionsablauf und erhöht die Qualität der geschweißten Platinen.The clamping device thus facilitates handling, accelerates the production process and increases the quality of the welded Circuit boards.

Zur Erleichterung der Positionierung der Auflageflächen relativ zueinander wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Auflagefläche einstückig ausgebildet oder miteinander verbunden sind. Da zur Verschweißung von Dünnblechen die Auflageflächen in der Regel in der gleichen Ebene angeordnet sein müssen, können die Auflageflächen so miteinander verbunden sein, dass sie eine einheit liche Ebene bilden. Zum Verschweißen überlappender Bleche können die Auflageflächen mit einer Höhendifferenz im Wert des im Überlappstoß unten liegenden Bleches zueinander positioniert werden. Auch in diesem Fall ist eine einstückige Ausbildung oder ein festes Miteinanderverbinden der Auflageflächen vorteilhaft.To facilitate the positioning of the bearing surfaces relatively to each other it is proposed that the first and the second Support surface are integrally formed or connected to each other. Since the contact surfaces in the Usually must be arranged on the same level Support surfaces should be connected so that they are one level. Can be used to weld overlapping sheets the contact surfaces with a height difference in the value of the The overlapping joint of the underlying sheet metal can be positioned to each other. In this case too, there is a one-piece training or a fixed one Connecting the support surfaces together is advantageous.

Der zwischen den Auflageflächen ausgebildete Strahlkanal verhindert das Verschweißen der Bleche mit den Auflageflächen. Eine Ausführungsform der Einspannvorrichtung sieht vor, dass dieser Strahlkanal unten geschlossen ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, einerseits im Bereich des Strahlkanals die Auflageflächen miteinander zu verbinden und andererseits ein Gas in den Strahlkanal einzuführen, um die Wurzelseite der Schweißnaht während des Schweißvorganges durch ein in den Strahlkanal eingeleitetes Schweißgas zu schützen.The jet channel formed between the contact surfaces prevents welding the sheets to the contact surfaces. A Embodiment of the jig provides that this Beam channel is closed at the bottom. This enables on the one hand, in the area of the jet channel, the contact surfaces with one another to connect and on the other hand to introduce a gas into the jet channel, around the root side of the weld during the welding process to be protected by a welding gas introduced into the jet channel.

Um eine flächige Auflage insbesondere von Dünnblechen auf den Auflageflächen zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Auflageflächen als Platte ausgebildet sind. Dies ermöglicht einerseits eine satte Auflage der Bleche auf den Auflageflächen und andererseits die Ausbildung einer Vielzahl an Öffnungen, um in einem größeren Bereich einen Unterdruck auszubilden. Da der vorliegende atmosphärische Druck nicht gesteigert werden kann und der erzeugte Unterdruck von der Absaugeinrichtung abhängt, wird die Anpreßkraft vor allem durch die Anzahl und die Querschnittsfläche der Öffnungen bestimmt. Zu große Öffnungen an der Oberseite der Auflagefläche führen zu einer Verformung der Bleche und daher ist vor allem die Anzahl, die Verteilung und die Formgebung der Öffnungen zur Erzielung einer hohen Anpreßkraft von Bedeutung.For a flat support, especially of thin sheets on the To achieve contact surfaces, it is proposed that the Contact surfaces are designed as a plate. On the one hand, this enables a full support of the sheets on the support surfaces and on the other the formation of a variety of openings to make in a larger one Area to develop a negative pressure. Since the present atmospheric pressure can not be increased and the generated Vacuum depends on the suction device, the contact pressure especially by the number and cross-sectional area of the openings certainly. Openings too large on the top of the support surface lead to a deformation of the sheets and therefore, above all, that Number, distribution and shape of the openings for Achieving a high contact pressure is important.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Öffnungen als Kanäle ausgebildet sind. Kanäle erlauben es, den Unterdruck auf eine größere Fläche zu verteilen, ohne dass die Öffnungen so groß werden, dass Verformungen der Bleche zu befürchten wären. Hierbei kann auch ein Anschluß für eine Unterdruckeinrichtung für einen längeren Kanal verwendet werden.A preferred embodiment provides that the openings as Channels are formed. Channels allow the vacuum to be reduced to distribute a larger area without the openings becoming so large that sheet metal deformation would be feared. This can also a connection for a vacuum device for a longer duct be used.

Es ist daher auch vorgesehen, dass mehrere Kanäle miteinander verbunden werden können, so dass ein Kanalsystem entsteht, das mit einer oder mehreren Unterdruckeinrichtungen in Verbindung steht.It is therefore also provided that several channels are connected to one another can be connected so that a channel system is created that with is connected to one or more vacuum devices.

Da vor allem im Bereich des Strahlkanals eine hohe Flächenpressung gefordert ist, wird vorgeschlagen, dass insbesondere in diesem Bereich mehrere Kanäle parallel zueinander angeordnet sind. Das parallele Anordnen von Unterdruckkanälen ermöglicht eine feste Anlage auf einer größeren Fläche ohne das aufgelegte Blech zu verformen.Because there is a high surface pressure especially in the area of the jet channel is required, it is suggested that particularly in this area several channels are arranged parallel to each other. The parallel Arranging vacuum channels enables a fixed system a larger area without deforming the metal sheet.

Um eine gute Auflage und eine Abdichtung zwischen den Kanälen zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Oberseite außerhalb der Öffnungen eine plane Oberfläche aufweist. Diese Oberfläche kann als größere Ebene ausgebildet sein oder auf zwischen den Öffnungen verbleibende Stege mit einer planen Oberseite reduziert werden.To ensure a good support and a seal between the channels achieve, it is suggested that the top be outside of the Openings has a flat surface. This surface can be used as larger level or on between the openings remaining webs with a flat top can be reduced.

Je nach Einsatzbereich kann es vorteilhaft sein, dass an der Oberfläche Dichtelemente angeordnet sind. Derartige Dichtelemente verhindern das Eindringen von Luft in die Öffnungen und erhöhen somit den Unterdruck und dadurch die Haltekraft der Einspannvorrichtung.Depending on the area of application, it may be advantageous to have that on the surface Sealing elements are arranged. Prevent such sealing elements the penetration of air into the openings and thus increase the Negative pressure and thereby the holding force of the clamping device.

Eine schnelle Arbeitsweise beim Auflegen der Bleche auf die Einspannvorrichtung wird dadurch erzielt, dass an der Oberseite Anschläge für die lagegenaue Positionierung der Bleche angeordnet sind. Diese Anschläge können derart fest mit der Oberfläche verbunden werden, dass die vorbereiteten Bleche nach Anlegen an die Anschläge genau positioniert sind.A fast way of working when placing the sheets on the Clamping device is achieved in that on the top Stops are arranged for the exact positioning of the sheets are. These stops can be firmly connected to the surface be that the prepared sheets after placing them on the stops are positioned exactly.

Die Anschläge können auch mechanisch beweglich ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Anschläge die "Fein-Positionierung" der zu verschweißenden Bleche aktiv übernehmen könnten, d. h. für den automatisierten Betrieb, dass eine Handlingseinrichtung die zu verschweißenden Bleche zunächst nur grob positioniert und die beweglichen Anschläge die Fein-Positionierung der Vormaterialien übernehmen. Die beweglichen Anschläge können sowohl von außen angesetzt werden wie auch an die zur Verschweißung vorgesehenen Kanten angreifen. Für den zuletzt genannten Fall ist jedoch Voraussetzung, dass die Anschläge nach erfolgter Positionierung des ersten Bleches in die Spannplatte abtauchen sowie den Strahlengang freigeben.The stops can also be designed to be mechanically movable. This has the advantage that the stops "fine-position" the could actively take over sheets to be welded, d. H. for the automated operation that a handling device the too welding plates initially only roughly positioned and the movable stops the fine positioning of the raw materials take. The movable stops can both from the outside be applied as well as to those intended for welding Attack edges. For the latter case, however Prerequisite that the stops after positioning the Immerse the first sheet in the clamping plate and the beam path release.

Aus Kostengründen kann es von Vorteil sein, die Auflageflächen in geringerer Dicke auszuführen. Sofern die Steifigkeit der Auflageflächen nicht mehr ausreicht, die notwendige Ebenheit im Bereich des Strahlkanals zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, die Auflageflächen über Distanzhalter auf einer Basisplatte zu befestigen. Die Basisplatte kann dann in der Steifigkeit deutlich größer als die Auflageflächen ausgeführt sein. Präzise gefertigte Distanzhalter führen somit zur erforderlichen Ebenheit der Spannplatte. Die Positionierung der Distanzhalter sollte so ausgeführt sein, dass insbesondere im Bereich des Strahlkanals die notwendige Ebenheit gewährleistet ist.For cost reasons, it may be advantageous to place the contact surfaces in perform less thickness. Provided the rigidity of the contact surfaces is no longer sufficient, the necessary flatness in the area of To ensure the jet channel, it is proposed to support the surfaces to be attached to a base plate using spacers. The base plate can then be significantly greater in rigidity than the contact surfaces be executed. Precisely manufactured spacers thus lead to required flatness of the clamping plate. The positioning of the Spacers should be designed so that especially in the area the necessary flatness of the jet channel is guaranteed.

Um eine Relativbewegung zwischen Einspannvorrichtung und Schweißeinrichtung zu bewirken, wird vorgeschlagen, dass oberhalb des Strahlkanals ein Führungssystem für eine Schweißeinrichtung, vorzugsweise ein Laserbearbeitungskopf, angeordnet ist. Dieses Führungssystem ermöglicht eine genaue Positionierung der Schweißeinrichtung relativ zur Einspannvorrichtung. Das Führungssystem kann jedoch auch einen Sensor aufweisen, der eine genaue Positionierung der Schweißeinrichtung relativ zum Schweißstoß ermöglicht.To a relative movement between the jig and To effect welding device, it is proposed that above the beam channel is a guide system for a welding device, preferably a laser processing head is arranged. This Guide system enables precise positioning of the Welding device relative to the clamping device. The However, the guidance system can also have a sensor that has a precise positioning of the welding device relative to the weld joint enables.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Schweißen von Blechen gelöst, bei dem mindestens zwei Bleche auf einer Auflagefläche Positioniert werden und vorzugsweise mit einem Laserstrahl zu einer Einheit verschweißt werden. Erfindungsgemäß werden die Bleche mittels Unterdruck an der Auflagefläche festgesaugt.The object underlying the invention is also achieved with a Process for welding sheet metal solved, in which at least two sheets can be positioned on a support surface and preferably welded to a unit with a laser beam become. According to the invention, the sheets are by means of negative pressure on the Support surface vacuumed.

Dies führt zu einer sicheren, materialschonenden Einspannung, die insbesondere im Bereich des Strahlkanals eine hohe Anpreßkraft ermöglicht, ohne den Bereich oberhalb der Auflageflächen für mechanische Spannelemente freihalten zu müssen.This leads to a safe, material-friendly clamping, which high contact pressure, especially in the area of the jet channel enables without the area above the contact surfaces for need to keep mechanical clamping elements free.

Die Bleche werden hierbei auf den Auflageflächen nacheinander oder gleichzeitig so positioniert, dass diese mit den zu verschweißenden Kanten stumpf gegeneinander und mit minimalem Fügespalt liegen.The sheets are placed one after the other on the contact surfaces or positioned at the same time so that they are welded to the Edges lie bluntly against each other and with a minimal joint gap.

Anschließend wird die Luft zwischen der Auflagefläche und den Blechunterseiten abgesaugt, so dass ein Unterdruck entsteht und die Bleche durch den resultierenden atmosphärischen Druck gespannt werden.Then the air between the contact surface and the Vacuumed the underside of the sheet so that a negative pressure is created and the Sheets tensioned by the resulting atmospheric pressure become.

Anstelle eines Fügespaltes kann auch ein Überlappungsbereich vorgesehen werden, wenn die Bleche auf den Auflageflächen so positioniert sind, dass sie im Fügebereich aufeinander aufliegen. Instead of a joint gap, an overlap area can also be used be provided if the sheets on the contact surfaces like this are positioned so that they rest on each other in the joining area.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Spannplatte der Vorrichtung im Bereich des Überlappstoßes eine Höhendifferenz im Wert des unten liegenden Bleches aufweist.It is advantageous if the clamping plate of the device in Area of the lap joint a height difference in the value of the bottom has lying sheet.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass zunächst ein Blech auf der Auflagefläche positioniert wird, dann aus dem Blech vorzugsweise durch Laserschneiden ein Ausschnitt entfernt wird, ein weiteres Blech als paßgenauer Zuschnitt in oder an den Ausschnitt gelegt wird und anschließend die Bleche zu einer Einheit verschweißt werden. Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Bleche auf den Auflageflächen wirken sich somit genauso auf den Schneidvorgang wie auf den Schweißvorgang aus. Dies hat zur Folge, dass sich die Ungenauigkeiten zwar auf die Position der Schweißnaht nicht jedoch auf deren Qualität auswirken.A particularly advantageous method provides that a Sheet is positioned on the support surface, then from the sheet a section is preferably removed by laser cutting additional sheet metal as a tailor-made cut in or on the cutout is placed and then welded the sheets into a unit become. Inaccuracies in the positioning of the sheets on the Contact surfaces thus have the same effect on the cutting process as on the welding process. As a result, the However, inaccuracies in the position of the weld seam are not affect their quality.

Vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einen zwischen den Auflageflächen angeordneten Strahlkanal ein Gas eingeleitet wird. Der Strahlkanal weist hierzu beispielsweise eine Tiefe von zirka 12 bis 30 mm auf, so dass er nach unten geschlossen ist und die Wurzelseite der Schweißnaht durch das eingeleitete Gas geschützt wird.It is advantageous if in the method according to the invention in one a gas is arranged between the support surfaces of the jet channel is initiated. For this purpose, the beam channel has a depth, for example from about 12 to 30 mm so that it is closed at the bottom and the root side of the weld is protected by the gas introduced becomes.

Das präzise Verschweißen der Bleche erfordert nicht nur eine genaue Positionierung der Einzelbleche sondern auch eine genau Positionierung der Schweißeinrichtung relativ zu den Blechen. Um hierbei die Präzision zu erhöhen wird vorgeschlagen, dass mittels eines Sensorsystems die Lage des Schweißstoßes ermittelt wird und ein Laserbearbeitungskopf entsprechend der gemessenen Lage des Schweißstoßes geführt wird. Dadurch entsteht ein Regelkreis, der entweder einmalig bei Beginn des Schweißvorganges oder während der gesamten Schweißzeit die Positionierung des Laserbearbeitungskopfes relativ zum Schweißstoß einstellt.The precise welding of the sheets not only requires an accurate one Positioning the individual sheets but also an exact one Positioning of the welding device relative to the sheets. Around it is proposed to increase the precision here by means of a Sensor system, the location of the weld joint is determined and a Laser processing head according to the measured position of the Is carried out. This creates a control loop that either once at the start of the welding process or during the positioning of the laser processing head during the entire welding time sets relative to the weld bump.

Letztlich wird vorgeschlagen, dass während des Schweißvorganges ein Zusatzwerkstoff zugegeben wird. Dieser Zusatzwerkstoff kann in Form eines Band-, Draht-, oder pulverförmigen Materials zugegeben werden. Dies ermöglicht es einen Fügespalt zu überbrücken oder gezielt die technologischen Eigenschaften der Schweißnaht zu beeinflussen.Ultimately, it is suggested that during the welding process Filler metal is added. This filler material can be in shape a strip, wire, or powdered material can be added. This enables a gap to be bridged or targeted to influence the technological properties of the weld seam.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.An advantageous embodiment of the invention is in the Drawing shown and is explained in more detail below.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Einspannvorrichtung mit einer einstückigen Auflagefläche, Fig. 1 is a schematic perspective view of a clamping device with an integral bearing surface,

Fig. 2a die Darstellung eines Abschnittes durch die Einspannvorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie II-II, Fig. 2a shows the view of a portion of the chuck of FIG. 1 along the line II-II,

Fig. 2b eine alternative Ausführungsform eines Distanzhalters FIG. 2b shows an alternative embodiment of a spacer

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Einspannvorrichtung gemäß Fig. 1 mit aufgelegten Blechen und Fig. 3 is a schematic perspective view of a clamping device according to FIG. 1 with sheets and

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer Einspannvorrichtung mit zwei einzelnen Auflageflächen. Fig. 4 is a schematic perspective view of a clamping device with two individual contact surfaces.

Die in Fig. 1 gezeigte Einspannvorrichtung 1 besteht aus einer relativ dicken Basisplatte 2, auf der in regelmäßigen Abständen vier mal fünf Distanzhalter 3 angeordnet sind. Diese Distanzhalter haben alle die gleiche Distanzlänge L und halten somit eine Auflagefläche 4 in einem definierten Abstand zur Basisplatte 2.The jig 1 shown in Fig. 1 comprises a relatively thick base plate 2, mal five spacers 3 are disposed on the four periodically. These spacers all have the same distance length L and thus hold a contact surface 4 at a defined distance from the base plate 2 .

Die Basisplatte 2 hat eine deutlich größere Steifigkeit als die als Spanplatte 10 ausgebildete Auflagefläche 4, und die Oberfläche der Basisplatte 2 ist mit einer maximalen Ebenheitsabweichung von zirka 0,02 mm bearbeitet.The base plate 2 has a significantly greater rigidity than the support surface 4 designed as a chipboard 10 , and the surface of the base plate 2 is machined with a maximum flatness deviation of approximately 0.02 mm.

Die Distanzhalter sind über der Distanzlänge L mit einer Genauigkeit/ Parallelität von zirka 0,02 mm gefertigt, so dass durch das Befestigen der Auflagefläche 4 mittels der Distanzhalter 3 gegen die feineben bearbeitete Oberfläche der Basisplatte 2 eine hohe Ebenheit der Auflagefläche 4 erzielt wird. Die Distanzhalter 3 sind so positioniert, dass die notwendige Ebenheit insbesondere im Bereich eines Strahlkanals 5 gewährleistet ist. Die Spannplatte ist im vorliegenden Fall über die präzise gefertigten Distanzhalter mit der Basisplatte 2 verschraubt.The spacers are made over the distance length L with an accuracy / parallelism of approximately 0.02 mm, so that by attaching the support surface 4 by means of the spacers 3 against the finely machined surface of the base plate 2, a high flatness of the support surface 4 is achieved. The spacers 3 are positioned such that the necessary flatness is ensured, in particular in the area of a beam channel 5 . In the present case, the clamping plate is screwed to the base plate 2 via the precisely manufactured spacers.

Der Strahlkanal 5 ist ein definierter Spalt in der Auflagefläche 4. Die Breite dieses Spaltes beträgt zwischen 4 und 15 mm. Dieser Strahlkanal 5 stellt sicher, dass die zu verschweißenden Bleche 6 und 7 (vergleiche Fig. 3) im Bereich der Schweißnaht 9 nicht auf der Auflagefläche 4 aufliegen und ein für das Schweißen verwendeter Laserstrahl 8 bei unterseitigem Austritt aus der Schweißnaht 9 die Spannplatte 10 nicht beschädigt. The jet channel 5 is a defined gap in the contact surface 4 . The width of this gap is between 4 and 15 mm. This beam channel 5 ensures that the sheets 6 and 7 to be welded (cf. FIG. 3) do not rest on the support surface 4 in the area of the weld 9 and that a laser beam 8 used for welding does not hold the clamping plate 10 when the weld 9 emerges from underneath damaged.

Die Spannplatte 10 weist im Bereich des Strahlkanals 5 eine hohe Ebenheit auf, wobei insbesondere über den Strahlkanal 5 gemessen die maximale Ebenheitsabweichung weniger als 0,03 mm beträgt. Die hohe Ebenheitsanforderung an die Spannplatte 10 stellt sicher, dass die Bleche 6, 7 über der Schweißnaht 9 mit minimalem Kantenversatz verschweißt werden können.The clamping plate 10 has in the area of the beam duct 5 has a high flatness, and in particular measured across the beam duct 5, the maximum flatness deviation is less than 0.03 mm. The high level of evenness on the clamping plate 10 ensures that the sheets 6 , 7 can be welded over the weld seam 9 with minimal edge offset.

Im Bereich der Auflagefläche 4 der Spannplatte 10 sind mehrere Anschläge 11 für die lagerichtige Positionierung der zu verschweißenden Bleche 6 und 7 angeordnet. Im vorliegende Fall sind diese Anschläge rechteckige Blechteile, die auf die Spannplatte 10 aufgeschraubt sind.In the area of the support surface 4 of the clamping plate 10 , a plurality of stops 11 are arranged for the correct positioning of the sheets 6 and 7 to be welded. In the present case, these stops are rectangular sheet metal parts which are screwed onto the clamping plate 10 .

In die Oberfläche der Spannplatte 10 sind Vakuumkanäle 12 als parallel zueinander verlaufende Linien angeordnet. Im vorliegenden Fall verlaufen im Bereich des Strahlkanals 5, jeweils beidseitig des Kanales 5, fünf parallele Kanäle. Auf jeder Seite des Strahlkanals 5 ist ein Anschluß 13 bzw. 14 vorgesehen, der mit den jeweils fünf Kanälen 12 in Verbindung steht. Die jeweils fünf miteinander verbundenen Vakuumkanäle 12 bilden den wirksamen Bereich 15 bzw. 16 der Auflagefläche 4, der jeweils mit einem Anschluß 13 bzw. 14 zusammenwirkt.Vacuum channels 12 are arranged in the surface of the clamping plate 10 as lines running parallel to one another. In this case extend in the area of the beam duct 5, in each case on both sides of the channel 5, five parallel channels. A connection 13 or 14 is provided on each side of the jet channel 5 and is connected to the five channels 12 in each case. The five vacuum channels 12 connected to each other form the effective area 15 or 16 of the support surface 4 , which cooperates with a connection 13 or 14 .

Die Breite der Vakuumkanäle 12 sollte 1,0 bis maximal 5,0 mm betragen, so dass auch bei Blechen mit geringer Dicke eine Deformation aufgrund des flächig wirkenden atmosphärischen Drucks vermieden wird. The width of the vacuum channels 12 should be 1.0 to a maximum of 5.0 mm, so that deformation due to the flat-surface atmospheric pressure is avoided even in the case of sheets of small thickness.

Der in Fig. 2a gezeigte Schnitt durch die Einspannvorrichtung im Bereich des Strahlkanals 5 zeigt die kräftige Basisplatte 2 mit einem Vielfachen der Dicke der darüber angeordneten Spannplatte 10. Dazwischen liegen die Distanzhalter 3 und im Bereich des Strahlkanals 5 ist ein spezieller bandförmiger Distanzhalter 17 vorgesehen, der an seiner Oberseite eine u-förmige Kerbe 18 aufweist. Dieser spezielle Distanzhalter 17 stützt die Spannplatte 10 im Bereich des Strahlkanals 5. Die Kerbe 18 erhöht die Tiefe des Strahlkanals 5 auf etwa 12 bis 30 mm, so dass der Strahlkanal nach unten geschlossen ist.The section shown in FIG. 2a through the clamping device in the area of the jet channel 5 shows the strong base plate 2 with a multiple of the thickness of the clamping plate 10 arranged above it. In between are the spacers 3 and in the area of the jet channel 5 a special band-shaped spacer 17 is provided, which has a U-shaped notch 18 on its upper side. This special spacer 17 supports the clamping plate 10 in the area of the jet channel 5 . The notch 18 increases the depth of the jet channel 5 to approximately 12 to 30 mm, so that the jet channel is closed at the bottom.

An Stelle eines bandförmigen Distanzhalters 17 können auch mehrere der in Fig. 2b gezeigten Distanzhalter mit U-förmiger Ausnehmung vorgesehen sein.Instead of a band-shaped spacer 17 , several of the spacers shown in FIG. 2b with a U-shaped recess can also be provided.

Auf der linken Seite des Strahlkanals 5 ist in Fig. 2a die Anordnung und die Größe der einzelnen Kanäle 12 gezeigt, und auf der rechten Seite der Darstellung ist ein Querkanal 19 dargestellt, der die fünf einzelnen Kanäle 12 miteinander verbindet, so dass sie gleichermaßen mit dem Anschluß 13 verbunden sind.The arrangement and the size of the individual channels 12 is shown in FIG. 2a on the left side of the beam channel 5 , and a transverse channel 19 is shown on the right side of the illustration, which connects the five individual channels 12 to one another, so that they are equally connected the terminal 13 are connected.

Oberhalb der Auflagefläche 4 ist im Bereich des Strahlkanals 5 ein Laserbearbeitungskopf 20 angeordnet, der an einem Führungssystem 21 befestigt ist. Das Führungssystem 21 erlaubt es, den Laserbearbeitungskopf 20 auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn über die Auflagefläche 4 zu führen. In Führungsrichtung vor dem Laserbearbeitungskopf 20 ist ein Sensorsystem 22 angeordnet, das mit dem Laserbearbeitungskopf 20 über die Auflagefläche bewegt wird und die Lage des Schweißstoßes 9 der Fläche 6 und 7 ermittelt. Die Lage des Schweißstoßes 9 wird an das Führungssystem 21 gemeldet und dient der Berechnung der Bewegungsbahn und Bewegungsgeschwindigkeit des Laserbearbeitunskopfes 20. Das Führungssystem ist beispielsweise als gesteuertes Portalsystem (nicht gezeigt) mit minimal drei Achsen aufgebaut und übernimmt die Bahnführung des Laserbearbeitungskopfes 20. Der Laserbearbeitungskopf 20 ist über das Führungssystem in den drei Raumkoordinaten beweglich. Weitere Achsen können je nach Ausführung des Führungssystems 21 vorgesehen werden.A laser processing head 20 , which is fastened to a guide system 21 , is arranged above the support surface 4 in the region of the beam channel 5 . The guide system 21 allows the laser processing head 20 to be guided over the contact surface 4 in a predetermined movement path. A sensor system 22 is arranged in the guiding direction in front of the laser processing head 20 , which is moved with the laser processing head 20 over the support surface and determines the position of the weld joint 9 of the surfaces 6 and 7 . The position of the weld joint 9 is reported to the guide system 21 and is used to calculate the movement path and movement speed of the laser processing head 20 . The guide system is constructed, for example, as a controlled portal system (not shown) with a minimum of three axes and takes over the path guidance of the laser processing head 20 . The laser processing head 20 can be moved in the three spatial coordinates via the guide system. Depending on the design of the guide system 21 , additional axes can be provided.

Die Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Einspann vorrichtung 30. Hier wird die Auflagefläche von zwei Spannplatten 31 und 32 gebildet, deren Oberseiten die Auflageflächen 33 und 34 darstellen. Zwischen diesen Spannplatten 31 und 32 liegt der Strahl kanal 35 der wiederum auf beiden Seiten von Vakuumkanälen 36 flankiert ist. FIG. 4 shows an alternative embodiment of a chucking device 30. Here, the bearing surface is formed by two clamping plates 31 and 32 , the upper sides of which represent the bearing surfaces 33 and 34 . Between these clamping plates 31 and 32 is the beam channel 35 which in turn is flanked by vacuum channels 36 on both sides.

Die Spannplatten 31 und 32 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch kleiner ausgebildet. Die zu verschweißenden Bleche werden daher nur im Bereich der Schweißnaht auf die Spannplatten 31 und 32 aufgelegt, während die äußeren Bereiche der Bleche auf Distanzhaltern 37 aufliegen. Die Oberseiten der Distanzhalter 37 haben Anschläge 38, die eine genaue Positionierung der Bleche erleichtern. Im Übrigen ist die Einspannvorrichtung 30 analog der zuvor beschriebenen Einspann vorrichtung 1 aufgebaut.The clamping plates 31 and 32 are, however, made smaller in the present exemplary embodiment. The sheets to be welded are therefore placed only on the clamping plates 31 and 32 in the area of the weld seam, while the outer areas of the sheets rest on spacers 37 . The tops of the spacers 37 have stops 38 which facilitate precise positioning of the sheets. Otherwise, the clamping device 30 is constructed analogously to the clamping device 1 described above.

Bei der Verwendung der beschriebenen Einspannvorrichtungen wird zunächst ein erstes Dünnblech 6 auf die Auflagefläche 4 gelegt und gegen die Anschläge 11 geschoben. Bei einer guten Anlage des Bleches 6 an den Anschlägen 11 wird am Anschluß 13 ein Unterdruck angelegt, der dazu führt, dass das Blech 6 durch den atmosphärischen Druck gegen die Auflagefläche 4 und somit auf die Spannfläche 10 gedrückt wird. Die Form des Bleches 6 und die Position der Anschläge 11 sind so aufeinander abgestimmt, dass eine Blechseite direkt oberhalb des Strahlkanals 5 zu liegen kommt. Durch die Vielzahl der parallelen Vakuumkanäle 12 im Bereich des Strahlkanals 5 wird das Blech 6 gerade in diesem Bereich mit großer Kraft an die Spannplatte 10 gedrückt und unverrückbar festgehalten.When using the clamping devices described, a first thin sheet 6 is first placed on the support surface 4 and pushed against the stops 11 . When the sheet 6 is in good contact with the stops 11 , a negative pressure is applied to the connection 13 , which leads to the sheet 6 being pressed against the bearing surface 4 and thus onto the clamping surface 10 by the atmospheric pressure. The shape of the sheet 6 and the position of the stops 11 are coordinated with one another such that one sheet side comes to lie directly above the jet channel 5 . Due to the large number of parallel vacuum channels 12 in the area of the jet channel 5 , the sheet 6 is pressed against the clamping plate 10 with great force in this area and held firmly.

Ein zweites Blechteil 7, dessen eine Kante in ihrer Form das Gegenstück zu der im Bereich des Strahlkanals 5 liegenden Kante des ersten Bleches 6 bildet, wird nun an das erste Blech herangeführt und so auf die Auflagefläche 4 gelegt, dass sich die Bleche 6 und 7 im Bereich des Strahlkanals 5 berühren oder einen minimalen Fügespalt bilden. Auch hier dienen zur Positionierung Anschläge 4, die die genaue Position des zweiten Bleches 7 festlegen.A second sheet metal part 7 , the shape of one edge of which forms the counterpart to the edge of the first sheet 6 located in the region of the jet channel 5 , is now brought up to the first sheet and placed on the support surface 4 such that the sheets 6 and 7 Touch in the area of the jet channel 5 or form a minimal joint gap. Here too, stops 4 are used for positioning, which determine the exact position of the second sheet 7 .

Nach Überprüfung der Position des zweiten Bleches 7 wird am Anschluß 14 ein Unterdruck angelegt, der zu einer Evakuierung der Vakuumkanäle 12 im Anlagebereich 16 führt. Dadurch wird auch die zweite Platte 7 mittels des atmosphärischen Druckes fest an der Spannplatte 10 gehalten.After checking the position of the second sheet 7 , a negative pressure is applied to the connection 14 , which leads to an evacuation of the vacuum channels 12 in the contact area 16 . As a result, the second plate 7 is also held firmly on the clamping plate 10 by means of the atmospheric pressure.

Die Größe der Anpreßkraft kann über den Wert des Vakuums und über die Größe der Vakuumspannflächenbereiche 15 bzw. 16 festgelegt werden. The size of the contact pressure can be determined via the value of the vacuum and via the size of the vacuum clamping surface areas 15 or 16 .

Nach optimaler Einspannung der Bleche werden diese mittels des Laserbearbeitungskopfes miteinander verschweißt. Hierbei sorgt das Sensorsystem für eine genaue Führung des. Lasers entlang des Schweißstoßes 9.After the sheets are optimally clamped, they are welded together using the laser processing head. Here, the sensor system ensures precise guidance of the laser along the weld joint 9 .

Nach Abschluß des Schweißvorganges wird über die Anschlüsse 13 und 14 wieder Luft in die Vakuumkanäle geführt. Dadurch läßt die Anpreßkraft nach, so dass die zu einem Tailored Blank verschweißten Bleche von der Einspannvorrichtung entnommen werden können.After completion of the welding process, air is again led into the vacuum channels via the connections 13 and 14 . This reduces the contact pressure, so that the sheets welded into a tailored blank can be removed from the clamping device.

Die in Fig. 4 gezeigte Einspannvorrichtung 30 wird entsprechend verwendet. Der einzige Unterschied liegt darin, dass das Blech 6 nur zum Teil auf der Auflagefläche 33 aufliegt und zum anderen Teil auf den Distanzhaltern 37, die mit ihren Anschlägen 38 die genaue Positionierung des Bleches erleichtern.The clamping device 30 shown in FIG. 4 is used accordingly. The only difference is that the sheet 6 only partially rests on the support surface 33 and the other part on the spacers 37 , which with their stops 38 facilitate the exact positioning of the sheet.

Die Ausführungen zeigen, dass sich die dargestellten Einspannvorrichtungen vor allem auch für die Herstellung nichtlinearer Tailored Blanks eignen. Die Dünnbleche können hierbei durch Stumpfschweißen miteinander verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich die Bleche im Fügebereich etwas überlappen zu lassen und im Bereich des Überlappstoßes miteinander zu verschweißen. Hierzu wird eine der Auflageflächen um die Dicke des unten liegenden Bleches niedriger angeordnet, so dass die Bleche im Fügebereich plan aufeinander liegen.The explanations show that the shown Clamping devices especially for the production of non-linear Tailored blanks are suitable. The thin sheets can pass through Butt welding can be connected to each other. However, it is also possible to let the sheets overlap somewhat in the joining area and in the Area of the lap joint to be welded together. To do this one of the contact surfaces by the thickness of the sheet below arranged lower so that the metal sheets are flat in the joint area lie on one another.

Claims

1. clamping device ( 1 , 30 ) for welding sheet metal ( 6 , 7 ) with a first contact surface ( 33 ), a second contact surface ( 34 ) and a jet channel ( 5 ) arranged between them, which clears the area of the weld seam ( 9 ), characterized in that openings ( 12 ) are provided on the upper side of at least one support surface ( 33 , 34 ), which are connected to a connection ( 13 , 14 ) for a vacuum device.

2. Clamping device according to claim 1, characterized in that the first and the second bearing surface ( 4 ) forms in one piece or are connected to one another.

3. Clamping device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the beam channel ( 5 ) is closed at the bottom.

4. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surfaces ( 4 , 33 , 34 ) are designed as a plate ( 10 , 31 , 32 ).

5. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the openings are formed as channels ( 12 ).

6. Clamping device according to claim 5, characterized in that a plurality of channels ( 12 ) are connected to one another.

7. Clamping device according to one of claims 5 or 6, characterized in that in particular in the region of the beam channel ( 5 ) a plurality of channels ( 12 ) are arranged parallel to one another.

8. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the top outside of the openings ( 12 ) has a flat surface ( 4 ).

9. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that sealing elements on the surface are arranged.

10. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that stops ( 11 ) are arranged on the top for the precise positioning of the sheets ( 6 , 7 ).

11. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surfaces ( 4 , 33 , 34 ) are attached to a base plate ( 2 ) via spacers ( 3 , 37 ).

12. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that above the beam channel ( 5 ), a guide system ( 21 ) for a welding device ( 20 ), preferably a laser processing head is arranged.

13. A method for welding sheets ( 6 , 7 ), in which at least two sheets ( 6 , 7 ) are positioned on a support surface ( 4 , 33 , 34 ) and are preferably welded to a unit using a laser beam, characterized in that that the sheets ( 6 , 7 ) are sucked onto the support surface ( 4 , 33 , 34 ) by means of negative pressure.

14. The method according to claim 13, characterized in that the sheets ( 6 , 7 ) are positioned on the bearing surfaces ( 4 , 33 , 34 ) so that they overlap in the joining area.

15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that first a sheet ( 6 ) on the bearing surface ( 4 , 33 ) is positio ned, then a cut is removed from the sheet ( 6 ), preferably by laser cutting, another sheet ( 7 ) is placed as a precise cut in or on the cutout and then the sheets ( 6 , 7 ) welded into one unit.

16. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that a gas is introduced into a jet channel ( 5 ) arranged between the support surfaces ( 4 , 33 , 34 ).

17. The method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that the position of the weld joint ( 9 ) is determined by means of a sensor system ( 22 ) and a laser processing head ( 20 ) is guided according to the measured position of the weld joint ( 9 ).

18. The method according to any one of claims 13 to 17, characterized records that during the welding process an additional work substance is added.