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DE102007060484A1 - Verfahren und Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen Download PDF

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DE102007060484A1
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Abstract

Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen (8, 9), insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung (1) der Rand eines ersten Bleches (8) unter Bildung eines Falzes (10) über den Rand eines zweiten Bleches (9) gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden, wobei im Bereich des Falzes (10) mindestens eine Anschlussvorrichtung (7) für die Laseroptik (13) eines Laserschweißgerätes angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik (13) in den Bereich der Anschlussvorrichtung (7) eingeführt, mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik (13) aus der Anschlussvorrichtung (7) entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen (7) angeschlossen und nach Erzeugen aller erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung (1) entnommen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung der Rand eines ersten Bleches unter Bildung eines Falzes über den Rand eines zweiten Bleches gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden.
  • Der DE 199 27 208 B4 ist ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau zu entnehmen, wobei der Rand eines Außenbleches über den Rand eines Innenbleches gefalzt wird und die Ränder zusammengepresst werden. Vor dem Falzen wird der Rand wenigstens eines der Bleche mit eingeprägten Vorsprüngen versehen, wobei die Vorsprünge während des Zusammenpressens durch Buckelschweißen mit dem jeweils anderen Blech verbunden werden. Zum Einsatz gelangt hierbei eine auf die Vorsprünge absenkbare Elektrode, wobei neben der Elektrode eine auf die Bleche absenkbare Kontaktelektrode vorgesehen ist.
  • Durch die US 5,897,796 ist ein Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen bekannt geworden, wobei auch hier der Rand eines Außenbleches über den Rand eines Innenbleches gefalzt wird. Im Bereich des Falzes wird durch Laserschweißen mindestens eine über eine vorgebbare Länge durchlaufende Naht im Bereich des Falzes erzeugt und somit eine Verbindung zwischen den Blechen hergestellt. Zum Einsatz kommt vorzugsweise ein Nd:YAG-Laser, der einen computergesteuerten Laserstrahlgenerator aufweist, der über eine Vielzahl von Fasern mit mehreren Laserpistolen in Wirkverbindung steht. In Folge dieser räumlichen Ausgestaltung wird ein hoher Platzbedarf innerhalb der ohnehin schon gering dimensionierten Falzvorrichtung benötigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das beschriebene Verfahren zu optimieren und gleichzeitig eine Vorrichtung bereit zu stellen, die bei geringerem Platzbedarf dennoch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Funktionsweise hat.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Falzes mindestens eine Anschlussvorrichtung für die Laseroptik eines Laserschweißgerätes angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik in den Bereich der Anschlussvorrichtung eingeführt, zur Verbindung der Bleche mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik aus der Anschlussvorrichtung entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen angeschlossen und nach Erzeugen der erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung entnommen wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere Karosserieblechen im Automobilbau, zumindest beinhaltend ein Falzbett zur Aufnahme mindestens zweier Bleche, Falzbacken, die in Wirkverbindung mit zugehörigen Falzbackenträgern stehen sowie mindestens ein thermisches Fügewerkzeug, dadurch gelöst, dass das jeweilige thermische Fügewerkzeug als Laserpunktschweißgerät ausgebildet ist, das mit einer im Bereich des zugehörigen Falzbackens vorgesehenen Anschlussvorrichtung zusammenwirkt, wobei die Laseroptik des Laserpunktschweißgerätes aus einer Außerbetriebsstellung heraus zumindest partiell in den Bereich der Anschlussvorrichtung einführbar ist, und dass nach dem Einführen der Laseroptik in die Anschlussvorrichtung und Betätigen der Laseroptik der jeweilige Schweißpunkt im Falzbereich der Bleche erzeugbar ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gegenüber der DE 199 27 208 B4 wird der Vorteil erreicht, dass blechseitig keine Vorsprünge mehr erzeugt werden müssen und darüber hinaus die Kontaktelektrode entbehrlich ist.
  • Der Vorteil gegenüber der US 5,897,796 ist darin begründet, dass durch die Trennung von stationärer Anschlussvorrichtung und bewegbarer Laseroptik ein wesentlich geringerer Baubedarf im Bereich der Falzvorrichtung von Nöten ist.
  • Durch den direkten Anschluss der Laseroptik an die Anschlussvorrichtung oder an die Öffnung im Falzbacken wird jeweils eine zumindest optisch dichte, schnell kuppelbare Verbindung erzeugt, sodass der Laserstrahl nicht nach außen dringen kann und auf eine aufwändige Abschirmung und gegebenenfalls auch auf eine zusätzliche Schutzkabine verzichtet werden kann.
  • Die jeweilige Laseroptik kann bedarfsweise von mindestens einem Roboter geführt werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden auch keine längeren durchgängigen Schweißnähe erzeugt, sondern ausschließlich Schweißpunkte oder nur kurze Schweißnähte, die vorzugsweise durch eine geringe Schwenkbewegung der Laseroptik erreicht wird.
  • In Folge der speziellen Ausgestaltung des Niederhalters kann selbiger die Schutzhülse zwischen sich aufnehmen, so dass der benötigte Bauraum des Weiteren minimiert wird.
  • Von Vorteil ist, die inneren Flächenbereiche der Anschlussvorrichtung mit einer Beschichtung zu versehen, an welcher kein Spritzgut anhaftet, bzw. bei Anhaften leicht entfernt werden kann. Durch diese Maßnahme soll ein rasches Zusetzen der Anschlussvorrichtung vermieden werden. Als Schichten bieten sich insbesondere Keramikschichten an, wobei bedarfsweise auch metallische Schichten, wie Chromschichten, eingesetzt werden können. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die beispielsweise als Rohr ausgebildete Anschlussvorrichtung vollständig aus Keramikmaterial herzustellen.
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
  • 1 und 2 Prinzipskizzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten;
  • 3 Prinzipelle Darstellung eines Niederhalters im Vorfalzbereich;
  • 4 Darstellung des Niederhalters gemäß 3 samt angedeuteter thermischer Fügeeinrichtung im Fertigfalzbereich.
  • Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum randseitigen Verbinden von Bauelementen in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten. Erkennbar sind folgende Bauteile:
    ein Falzbett 2, untere Falzbacken 3 (Vorfalzbacken), obere Falzbacken 4 (Fertigfalzbacken), Falzbackenträger 5, Niederhalter 6, eine Anschlussvorrichtung 7 in Form eines Rohres, ein erstes Blech 8 sowie ein zweites Blech 9 sowie ein angedeuteter Falz 10 im Bereich zwischen oberem Falzbacken 4 und Falzbett 2. Das Rohr 7 ist stationär im Bereich des oberen Falzbackens 4 vorgesehen, d. h. fest damit verbunden. Der Niederhalter 6 ist winkelförmig ausgebildet, wobei der vertikal verlaufende Schenkel 6' eine Aussparung 11 aufweist, die das Rohr 7 übergreift. Der Niederhalter 6 ist in den 3 und 4 in räumlicher Darstellung gezeigt.
  • 3 zeigt den Zustand, in welchem die Bleche 8, 9 vorgefalzt werden. Erkennbar ist das Falzbett 2, der untere Falzbacken 3, der obere Falzbacken 4, die rohrförmige Anschlussvorrichtung 7 und der Niederhalter 6. Unter Bildung der Aussparung 11 werden zwei vertikal verlaufende gabelartig ausgebildete Schenkel 6' erzeugt, deren freie Enden im Vorfalzbereich der Bleche 8, 9 aufliegen.
  • 4 zeigt das Falzbett 2, den oberen Falzbacken 4, die rohrförmige Anschlussvorrichtung 7, den Niederhalter 6 sowie die Bleche 8, 9. Ergänzend erkennbar ist das thermische Fügewerkzeug 12 in Form eines Laserpunktschweißgerätes. Das Laserpunktschweißgerät 12 soll in diesem Beispiel in vertikaler Richtung, beispielsweise durch einen Roboter, bewegbar sein (Pfeilrichtung) und beinhaltet eine hier nur angedeutete Laseroptik 13, die in den oberen Randbereich des Rohres 7 einführbar ist. Der obere Randbereich des Rohres 7 wirkt vorteilhafter Weise mit einer flexibel ausgestalteten Hülse 7' zusammen, wodurch das Einführen der Laseroptik 13 in das Rohr 7 erleichtert wird. Die Hülse 7' kann entweder an der Laseroptik 13 oder am Rohr 7 vorgesehen werden. Das Rohr 7 ist hierbei als Schutzrohr anzusehen, da bei Betätigung der Laseroptik 13 ein hoher Energiestrahl in Richtung des Falzes 10 erzeugt wird, durch welchen Material aus dem Falzbereich schlagartig verdrängt wird. Damit dieses Material nicht am Innenumfang des Rohres 7 anbackt und selbiges in kürzester Zeit zusetzt, ist das Rohr 7, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, zumindest im Bereich seiner inneren Umfangsfläche mit einer Keramikschicht überzogen. Andersartige Werkstoffe, wie beispielsweise Chromschichten oder dergleichen, die ein Anbacken von Metall an der inneren Umfangsfläche verhindern können, sind jedoch ebenfalls denkbar. In 4 ist gut erkennbar, dass das Rohr 7 zwischen den vertikal verlaufenden Schenkeln 6' des Niederhalters 6 im Freiraum der zwischen den Schenkeln 6' gegebenen Aussparung 11 positioniert ist. Im oberen Falzbacken 4 ist eine Ausnehmung 14 eingebracht, innerhalb welcher das freie Ende des Rohres 7 positioniert ist. Erkennbar ist ebenfalls der in das Rohr 7 eingetauchte Anschlussbereich 15 der Hülse 7'.
  • Denkbar ist auch (nicht dargestellt), die Ausnehmung 14 selber als Anschlussvorrichtung für die Laseroptik 13, respektive die Hülse 7', auszubilden.
  • Zur Erzeugung mehrerer beabstandeter Schweißpunkte kann entweder eine einzelne Laseroptik 13 zum Einsatz gelangen, die robotergesteuert in den Bereich beabstandeter Anschlussvorrichtungen 7, 14 eingeschwenkt wird oder es wird mit mehreren Laserpunktschweißgeräten 12 gearbeitet. Statt eines Laserpunktschweißgerätes 12 kann prinzipiell auch Elektronenstrahl- oder ein Laserlötverfahren zur Verbindung der Bleche 8 und 9 verwendet werden.
    • 1
    Falzvorrichtung
    2
    Falzbett
    3
    Falzbacken
    4
    Falzbacken
    5
    Falzbackenträger
    6
    Niederhalter
    6'
    Schenkel
    7
    Anschlussvorrichtung (Rohr)
    7'
    Hülse
    8
    Blech
    9
    Blech
    10
    Falz
    11
    Aussparung
    12
    Fügewerkzeug (Laserpunktschweißgerät)
    13
    Laseroptik
    14
    Ausnehmung (Anschlussvorrichtung)
    15
    Anschlussbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19927208 B4 [0002, 0009]
    • - US 5897796 [0003, 0010]

Claims (20)

  1. Verfahren zum randseitigen Verbinden von Blechen (8, 9), insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei in einer Vorrichtung (1) der Rand eines ersten Bleches (9) unter Bildung eines Falzes (10) über den Rand eines zweiten Bleches (8) gebördelt wird, die Ränder zusammengepresst und durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Falzes (10) mindestens eine Anschlussvorrichtung (7) für die Laseroptik (13) eines Laserschweißgerätes (12) angebracht wird, dass im Anschluss an den Falzvorgang die Laseroptik (13) in den Bereich (7') der jeweiligen Anschlussvorrichtung (7) eingeführt, mindestens ein Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht im Falzbereich erzeugt, die Laseroptik (13) aus der Anschlussvorrichtung (7) entfernt und gegebenenfalls an weitere Anschlussvorrichtungen (7) angeschlossen und nach Erzeugen aller erforderlichen Schweißpunkte oder Schweißnähte das fertige Bauteil aus der Vorrichtung (1) entnommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseroptik (13) durch einen Roboter in den Bereich (7') der Anschlussvorrichtung (7) geführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktschweißung oder Schweißnaht im Falzbereich bei geschlossenen Falzbacken (4) und vorgespanntem Falz (10) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an verschiedenen Stellen der Bleche (8, 9) im Bereich des Falzes (10) Schweißpunkte und/oder Schweißnähte erzeugt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schweißpunkte oder Schweißnähte mit der gleichen Laseroptik (13) erzeugt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung mehrerer Schweißpunkte oder Schweißnähte mehrere Laserschweißgeräte (12) eingesetzt werden.
  7. Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen (8, 9), insbesondere Karosserieblechen im Automobilbau, zumindest beinhaltend ein Falzbett (2) zur Aufnahme mindestens zweier Bleche (8, 9), Falzbacken (3, 4), die in Wirkverbindung mit zugehörigen Falzbackenträgern (5) stehen sowie mindestens ein thermisches Fügewerkzeug (12), dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige thermische Fügewerkzeug (12) als Laserschweißgerät ausgebildet ist, das mit einer im Bereich des zugehörigen Falzbackens (4) vorgesehenen Anschlussvorrichtung (7) zusammenwirkt, wobei die Laseroptik (13) des Laserschweißgerätes (12) aus einer Außerbetriebsstellung heraus zumindest partiell in den Bereich (7') der Anschlussvorrichtung (7) einführbar ist, und dass nach dem Einführen der Laseroptik (13) in die Anschlussvorrichtung (7) und Betätigen der Laseroptik (13) der jeweilige Schweißpunkt oder eine Schweißnaht im Falzbereich der Bleche (8, 9) erzeugbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussvorrichtung (7) durch eine im jeweiligen Falzbacken (4) vorgesehene, in Richtung des Falzbereiches der Bleche (8, 9) verlaufende, Ausnehmung gebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussvorrichtung (7) durch ein im jeweiligen Falzbacken (4) fest angeordnetes Rohr gebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontur der Anschlussvorrichtung (7), ausgehend von der Laseroptik (13) in Richtung des gefalzten Bereiches, verjüngt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Rohr ausgebildete Anschlussvorrichtung (7) innerhalb einer im Falzbacken (4) vorgesehenen Aufnahmebohrung (14) vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der die Laseroptik (13) aufnehmende Teil der Anschlussvorrichtung (7) aus einem Spritzgut abweisenden Material besteht.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz eines Rohres als Anschlussvorrichtung (7) die innere Umfangsfläche desselben mit einer Chrom- oder Keramikschicht versehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einer flexiblen Hülse (7') zusammenwirkt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Hülse im Bereich der Laser der Laseroptik (13) oder an der Anschlussvorrichtung (7) angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Hülse (7') über einen der Anschlussvorrichtung (7) zugewandten Anschlussbereich (15) verfügt.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des zugehörigen Falzbackens (4) falzbettseitig ein im Querschnitt etwa winkelförmig ausgebildeter Niederhalter (6) positioniert ist, der zumindest im Bereich seines dem Falzbacken (4) zugewandten Schenkels eine Aussparung (11) aufweist, die das Rohr (7) einrahmt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseroptik (13) als Diodenlaser ausgebildet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung mehrerer beabstandeter Schweißpunkte und/oder Schweißnähte mehrere Laserschweißgeräte (12) im Bereich der Vorrichtung (1) vorgesehen sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Laserpunktschweißgerät (12) zur Erzeugung mehrerer beabstandeter Schweißpunkte einsetzbar ist.
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