DE20105725U1

DE20105725U1 - Simultaneous pressure device for clamping two or more sheets together

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Publication number: DE20105725U1
Application number: DE20105725U
Authority: DE
Original assignee: Krupp Drauz Ingenieurbetrieb GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Drauz Nothelfer GmbH
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2011-04-03

Description

Krupp Drauz Ingenieurbetrieb GmbH 2103Krupp Drauz Engineering GmbH 2103

Zeißigstraße 12Zeißigstrasse 12

09337 Hohenstein-Ernstthal09337 Hohenstein-Ernstthal

Mitlaufende Andrückvorrichtung zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer BlecheTravelling pressing device for clamping two or more sheets together

Die Erfindung betrifft eine mitlaufende Andrückvorrichtung zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen Querschnitten für das Verschweißen mittels Hochenergie-Schweißstrahl. The invention relates to a rotating pressing device for clamping two or more sheets with flange-like cross-sections together for welding by means of a high-energy welding beam.

Bei bekannten mitlaufenden Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen von Blechen sind am Brenner eines Schweißgerätes zwei Stützen befestigt. Die eine Stütze endet oberhalb der zu spannenden Bleche und trägt auf einem waagerechten Bolzen eine frei drehbare Andrückrolle. Die Kontaktf lache der Andrückrolle am zu spannenden Blech liegt unmittelbar neben der Schweißstelle. Die zweite Stüt2e ragt bis unterhalb der zu spannenden Bleche und trägt in gleicher Art eine Andrückrolle wie die erste Stütze. Deren Kontaktf lache am zu spannenden Blech liegt deckungsgleich zur Kontaktf lache der oberen Andrückrolle.In known moving pressure devices for clamping sheets together, two supports are attached to the torch of a welding machine. One support ends above the sheets to be clamped and carries a freely rotating pressure roller on a horizontal bolt. The contact surface of the pressure roller on the sheet to be clamped is located directly next to the welding point. The second support extends below the sheets to be clamped and carries a pressure roller in the same way as the first support. Its contact surface on the sheet to be clamped is congruent with the contact surface of the upper pressure roller.

Entweder die obere oder die untere Andrückrolle wird mit der gewünschten Spannkraft belastet.Either the upper or the lower pressure roller is loaded with the desired clamping force.

Diese Lösung ist zum Verschweißen ebener Bleche geeignet. Beim Verschweißen von Blechen mit flanschähnlichen winkligen Querschnitten muss der Schweißstrahl zwischen den senkrechten Schenkel des zu verschweißenden Bleches und die Stirnseite der Andrückrolle gebracht werden. Das führt zu einem großen Abstand der Kontaktflächen der Andrückrollen vom senkrechten Schenkel des zu verschweißenden Bleches und damit zu einem ungenügenden Spannergebnis. Dadurch werden insbesondere bei der Verwendung von hochenergetischen Schweißverfahren, wie Laser oder Elektronenstrah I, unbefriedigende Schweißnähte erzielt. Beim Verschweißen von beschichteten Blechen kann die verdampfende Beschichtung nicht entweichen. Somit sind dafür die bekannten Andrückvorrichtungen nicht geeignet. Schließlich ist durch die Andrückrolle die wirtschaftliche Herstellung einer Schutzgaszone an der Schweißstelle unmöglich.This solution is suitable for welding flat sheets. When welding sheets with flange-like angled cross-sections, the welding beam must be brought between the vertical leg of the sheet to be welded and the front of the pressure roller. This leads to a large distance between the contact surfaces of the pressure rollers and the vertical leg of the sheet to be welded and thus to an unsatisfactory clamping result. This results in unsatisfactory weld seams, particularly when using high-energy welding processes such as laser or electron beam. When welding coated sheets, the evaporating coating cannot escape. The known pressure devices are therefore not suitable for this. Finally, the pressure roller makes it impossible to economically create a protective gas zone at the welding point.

Es ist Aufgabe der Erfindung, gattungsgemäße mitlaufende Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche dahingehend zu verbessern, dass ein Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen mit flanschähnlichen Querschnitten sehr nahe der senkrechten Wände erfolgt und der Schweißstrahl auf die freie Fläche des flanschähnlichen Querschnitts gerichtet ist. Dadurch sollen Voraussetzungen für das Entweichen der beim Schweißen verdampfenden Blechbeschichtungen geschaffen werden können. Weiterhin soll eine wirtschaftliehe Herstellung einer Schutzgaszone erreicht werden.The object of the invention is to improve generic moving pressing devices for clamping two or more sheets together in such a way that two or more sheets with flange-like cross-sections are clamped together very close to the vertical walls and the welding beam is directed onto the free surface of the flange-like cross-section. This should create conditions for the escape of the sheet metal coatings that evaporate during welding. Furthermore, an economical production of a protective gas zone should be achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Schut z^ansP^ruchs 1 gelöst. Die Merkmale der $chut z^sprCi^e 2 bis 9 sind vorteilhafte Ausgestaltungen. Durch die Verwendung einer schräggestellten, an der Schweißoptik des Schweißgerätes frei drehbaren Hülse als Andrückelement wird der Schweißstrahl durch den Innenraum der Hülse geführt und so geneigt, dass er nahe der inneren Mantelfläche der Hülse aus dieser austritt. Dadurch kann die Kontaktfläche der Hülse mit dem zu spannenden Blech sehr nahe an die senkrechte Wand des Blechprofils gelegt werden. Ebenfalls dadurch ist der Schweißstrahl und die durch, ihn erzeugte Schweißnaht sehr nahe zur senkrechten Wand des Blechprofils verschoben. Die flanschähnlichen Blechprofilteile können dadurch in ihrer Breite erheblich reduziert sein. Durch die Einleitung des Schutzgases in die Hülse wird an der Schweißstelle eine homogene Schutzgaszone erzielt. Die Anordnung der Kontaktf lache der Hülse nahe der senkrechten Wand des Blechprofils macht die äußeren Kanten der flanschähnlichen BlechprofiItei Ie während des Schweißvorganges zugängig. Dadurch kann eine Messerrolle angeordnet werden, deren Schneide die Kanten keilförmig auseinanderdrückt und dadurch die Entgasung der Schweißnaht vom verdampften Beschichtungsmateria I ermöglicht. Die mitlaufende Andrückvorrichtung ist für unterschiedliche Blechprofile vielseitig verwendbar. Die Bleche können auf einer festen Unterlage aufgelegt werden. Durch die Verwendung einer Rolle oder Hülse an einem Ausleger wird mit dieser gegengehalten und es können freistehende Blechprofile, wie zumAccording to the invention, the object is achieved by the features of ^protection ^claim 1. The features of protection claims 2 to 9 are advantageous embodiments. By using an inclined sleeve that can be freely rotated on the welding optics of the welding device as a pressing element, the welding beam is guided through the interior of the sleeve and inclined so that it emerges from the sleeve close to the inner surface of the sleeve. This means that the contact surface of the sleeve with the sheet to be clamped can be placed very close to the vertical wall of the sheet metal profile. This also means that the welding beam and the weld seam created by it are shifted very close to the vertical wall of the sheet metal profile. The flange-like sheet metal profile parts can therefore be considerably reduced in width. By introducing the shielding gas into the sleeve, a homogeneous shielding gas zone is achieved at the welding point. The arrangement of the contact surface of the sleeve close to the vertical wall of the sheet metal profile makes the outer edges of the flange-like sheet metal profile parts accessible during the welding process. This allows a knife roller to be arranged, the cutting edge of which presses the edges apart in a wedge shape, thereby enabling the degassing of the weld seam from the evaporated coating material. The rotating pressing device can be used for a variety of different sheet metal profiles. The sheets can be placed on a solid base. By using a roller or sleeve on a boom, this is held against and free-standing sheet metal profiles, such as

For example, car bodies are welded. ALs welding processes are particularly high-energy processes

wie Laser oder Elektronenstrahl vorteilhaft anwendbar.such as laser or electron beam can be used advantageously.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigenThe invention is explained using three embodiments in the drawings.
Show it

Fig.1 eine Andrückvorrichtung mit fester Auflage, Fig.2 eine Andrückvorrichtung mit Ausleger und Rolle und Fig.3 eine Andrückvorrichtung mit Ausleger und Hülse sowie Messerrolle.Fig.1 a pressing device with fixed support, Fig.2 a pressing device with boom and roller and Fig.3 a pressing device with boom and sleeve as well as knife roller.

Am Gehäuse 1 einer Schweißoptik 2 eines nicht dargestellten Schweißgerätes ist eine Platte 3 befestigt, die ein Lagergehäuse 4 eines Wälzlagers 5 trägt (Fig.1). In der Bohrung des Wälzlagers 5 ist eine konisch geformte Hülse 6 geklemmt. Das Lagergehäuse 4 des Wälzlagers 5 ist so schräg auf der Platte angebracht, dass die Drehachse 7 des Wälzlagers 5 die Achse 8 des aus der Schweißoptik 2 austretenden Schweißstrahles 9 unter einem Winkel von 10-20 Grad schneidet. Die freie Stirnseite 10 der Hülse 6 liegt somit mit einem gleich großen Freiwinkel von 10-20 Grad auf die ebene Flanschfläche 11 des oberen zu verschweißenden winkligen Werkstücks 12 auf. Bündig mit der freien Kante der Flanschfläche 11 liegt darunter ein ebenes Blech 13 auf einer stationären Auflage 14. Diese ist unterhalb der Schweißstelle mit einem Durchbruch 15 versehen.A plate 3 is attached to the housing 1 of a welding optics 2 of a welding device (not shown), which carries a bearing housing 4 of a roller bearing 5 (Fig. 1). A conical sleeve 6 is clamped in the bore of the roller bearing 5. The bearing housing 4 of the roller bearing 5 is attached to the plate at an angle such that the axis of rotation 7 of the roller bearing 5 intersects the axis 8 of the welding beam 9 emerging from the welding optics 2 at an angle of 10-20 degrees. The free end face 10 of the sleeve 6 thus rests with an equally large clearance angle of 10-20 degrees on the flat flange surface 11 of the upper angled workpiece 12 to be welded. A flat sheet 13 lies flush with the free edge of the flange surface 11 on a stationary support 14 below the welding point. This is provided with an opening 15.

Der Kegelwinkel des Konus der Hülse 6 ist so gewählt, dass die zum Werkstück 12 zeigende Mantelfläche des Konus der Hülse 6 senkrecht verläuft. Die freie Stirnseite 10 der Hülse 6 ist im Querschnitt gesehen ballig geformt, wodurch die Stirnseite 10 punktförmig auf dem Werkstück 12 aufliegt.The cone angle of the cone of the sleeve 6 is selected such that the outer surface of the cone of the sleeve 6 facing the workpiece 12 runs perpendicularly. The free front side 10 of the sleeve 6 is spherical in cross-section, whereby the front side 10 rests on the workpiece 12 in a point-like manner.

Since the sleeve 6 encloses the welding optics 2, the

Schweißstrahl 9 innerhalb der Hülse 6. Er ist so eingestellt, dass er an der freien Stirnseite 10 der Hülse 6 sehr nahe der inneren Mantelfläche der Hülse 6 aus dieser austritt und dort auf die Oberfläche des Werkstücks 12 auftrifft. Da zwischen Schweißstrahl 9 und dem senkrechten Schenkel des winkligen Werkstücks 12 nur die Hülse 6 mit ihrer geringen WandstärkeWelding beam 9 inside the sleeve 6. It is set in such a way that it exits the sleeve 6 at the free end face 10 very close to the inner surface of the sleeve 6 and there strikes the surface of the workpiece 12. Since only the sleeve 6 with its small wall thickness is between the welding beam 9 and the vertical leg of the angled workpiece 12

»; ; j * jj * t si»; ; j * jj * t si

angeordnet ist, kann die Schweißnaht auf der FLanschfLache 11 sehr nahe zum senkrechten Schenket des winkligen Werkstücks ausgeführt werden. Da das Gehäuse 1 der Schweißoptik 2 durch den Arm eines nicht dargestellten Roboters bewegt wird, drückt dieser die freie Stirnseite 10 der Hülse 6 gegen die Flanschfläche 11 des Werkstücks 12 und wälzt die Stirnseite 10 bei der Vorschubbewegung auf dem Werkstück 12 ab. Dadurch werden immer an der Schweißstelle die zu verschweißenden Werkstücke 12;13 mit dem gewünschten Druck zusammengedrückt. Damit sind die geometrischen Voraussetzungen für eine qualitativ hochwertige Schweißnaht geschaffen, die eine minimale Flanschbreite benöt igt.is arranged, the weld seam on the flange surface 11 can be carried out very close to the vertical side of the angled workpiece. Since the housing 1 of the welding optics 2 is moved by the arm of a robot (not shown), this presses the free end face 10 of the sleeve 6 against the flange surface 11 of the workpiece 12 and rolls the end face 10 on the workpiece 12 during the feed movement. As a result, the workpieces 12; 13 to be welded are always pressed together at the welding point with the desired pressure. This creates the geometric prerequisites for a high-quality weld seam that requires a minimal flange width.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform der Andrückvorrichtung dargestellt, die für Blechprofile vorteilhaft ist, die nicht gegen eine feste Unterlage 15 gedrückt werden können. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Blechprofile, die frei im Raum gehalten und so verschweißt werden. Das könnten beispielsweise Rohbaukarosserien für Kraftfahrzeuge sein. Bei dieser Ausführungsform ist in gleicher Art wie in Fig.1 am Gehäuse 1 der Schweißoptik 2 eine konisch geformte Hülse 6 gelagert, deren freie Stirnseite 10 auf die Flanschfläche 16 des oberen Werkstücks 17 aufliegt. Gegen die Flanschfläche des unteren Werkstücks 19 ist gegenüber der Anlägeste I te der Hülse 6 eine frei drehbar gelagerte Rolle 20 angelegt. Diese Rolle 20 ist drehbar auf einem Bolzen 21 gelagert, der am Ende eines Armes eines doppeLarmigen Hebels 22 befestigt ist. Am Ende des anderen Armes des doppe larmigen Hebels 22 ist die Kolbenstange 23 eines nicht dargestellten pneumatischen Arbeitszylinders angelenkt. Etwa in der Mitte des doppelarmigen Hebels 22 ist dieser um einen Bolzen 24 schwenkbar am Ende eines an der Platte 3 befestigten Auslegers 25 gelagert. Um die Andrückeinrichtung mit den Flanschen 16;18 der Werkstücke 17;19 in Kontakt zu bringen, wird die Rolle 20 durch den pneumatischen Arbeitszylinder nach unten geschwenkt. Durch programmierte Roboterbewegungen wird danach die Schweißoptik mit der sie umschließenden Hülse 6 in Arbeitsposition gebracht. Nach Erreichen der Arbeitsposition schwenkt der Arbeitszylinder die Rolle 20 gegen die Ftanschf lache 18 desFig. 2 shows an embodiment of the pressing device which is advantageous for sheet metal profiles which cannot be pressed against a solid base 15. These are preferably sheet metal profiles which are held freely in space and thus welded. These could be, for example, body shells for motor vehicles. In this embodiment, in the same way as in Fig. 1, a conically shaped sleeve 6 is mounted on the housing 1 of the welding optics 2, the free end face 10 of which rests on the flange surface 16 of the upper workpiece 17. A freely rotatably mounted roller 20 is placed against the flange surface of the lower workpiece 19 opposite the contact surface of the sleeve 6. This roller 20 is rotatably mounted on a bolt 21 which is fastened to the end of one arm of a double-armed lever 22. The piston rod 23 of a pneumatic working cylinder (not shown) is hinged to the end of the other arm of the double-armed lever 22. Approximately in the middle of the double-armed lever 22, it is pivoted about a bolt 24 at the end of a boom 25 attached to the plate 3. In order to bring the pressing device into contact with the flanges 16;18 of the workpieces 17;19, the roller 20 is pivoted downwards by the pneumatic working cylinder. The welding optics with the sleeve 6 enclosing it are then brought into the working position by programmed robot movements. After reaching the working position, the working cylinder pivots the roller 20 against the flange surface 18 of the

I · &diams; > ·&diams;I · &diams; > ·&diams;

unteren BLeches 19 und drückt die RoLLe 20 mit voreingesteIL-tem Druck an. Mit Beginn der Vorschubbewegung der Schweißoptik 2 durch den Roboter erzeugt der nun wirksame Schweißstrah L eine fortLaufende Schweißnaht.lower sheet 19 and presses the roller 20 with a preset pressure. When the robot begins to advance the welding optics 2, the now effective welding beam L creates a continuous weld seam.

Die Ausführungsform der Andrückvorrichtung in Fig.3 ist von der der Fig.2 abgeLeitet. An StelLe der RoLLe 20 ist eine konisch geformte HüLse 26 am freien Ende des einen Armes des doppeLarmigen Hebels 22 in gleicher Weise gelagert wie die konische HüLse 6 an der Schweißoptik 2. In die Hülse 6 an der Schweißoptik 2 mündet die nicht dargestellte Zuleitung für Schutzgas. Insbesondere für das Schweißen von beschichteten Blechen ist es erforderlich, die beim Schweißen verdampften Schichten von der Naht abzuführen. Zu diesem Zweck ist im Schweißbereich in der Ebene zwischen den beiden Flanschen 16;18 der zu verschweißenden Bleche 17;19 eine Schneide 27 einer umlaufenden Messerrolle 28 vorgesehen. Die Messerrolle 28 ist auf einem BoLzen 29 eines gabelförmigen Hebels 30 gelagert. Der Hebel 30 ist federnd an einem Ausleger 31 angelenkt, der an der Platte 3 befestigt ist. Die Federwirkung vermeidet eine Überbestimmung der Schneide 27 der MesserrolLe 28. Der kleine Winkel von 5 bis 15 Grad an der Schneide 27 dient der Schaffung eines keilförmigen Spaltes zwischen den Flanschen 16;18 der zu verschweißenden Bleche 17;19, um das druckLose Entweichen des dampfförmigen BeschichtungsmateriaLs zu ermögLichen. Dadurch gelangen nur geringe Mengen des Beschichtungsmateria Is in die Schweißnaht.The embodiment of the pressing device in Fig.3 is derived from that in Fig.2. In place of the roller 20, a conical sleeve 26 is mounted on the free end of one arm of the double-armed lever 22 in the same way as the conical sleeve 6 on the welding optics 2. The supply line for protective gas (not shown) opens into the sleeve 6 on the welding optics 2. In particular for welding coated sheets, it is necessary to remove the layers evaporated during welding from the seam. For this purpose, a cutting edge 27 of a rotating knife roller 28 is provided in the welding area in the plane between the two flanges 16; 18 of the sheets 17; 19 to be welded. The knife roller 28 is mounted on a bolt 29 of a fork-shaped lever 30. The lever 30 is spring-loaded to an arm 31 which is attached to the plate 3. The spring action prevents the cutting edge 27 of the knife roller 28 from being over-determined. The small angle of 5 to 15 degrees on the cutting edge 27 serves to create a wedge-shaped gap between the flanges 16; 18 of the sheets 17; 19 to be welded, in order to enable the vaporous coating material to escape without pressure. As a result, only small amounts of the coating material reach the weld seam.

Die einzelnen Elemente der beschriebenen Ausführungsformen können wechselweise miteinander kombiniert werden, um die Andrückvorrichtung an die unterschiedLichen Formen der zu verschweißenden Werkstücke und deren Material anzupassen. Es sind auch unterschiedliche Schweißverfahren wie Laser, Elektronenstrahl oder andere hochenergetische Verfahren anwendbar.The individual elements of the described embodiments can be combined with one another in order to adapt the pressing device to the different shapes of the workpieces to be welded and their material. Different welding processes such as laser, electron beam or other high-energy processes can also be used.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference symbols

1 Gehäuse1 housing

2 Schweißoptik2 Welding optics

3 Platte3 Plate

4 Lagergehäuse4 bearing housing

5 Wä Iz lager5 Rolling bearings

6 Hülse6 Sleeve

7 Drehachse7 Rotation axis

8 Achse8 Axis

9 Schweißstrahl9 Welding beam

10 freie Stirnseite10 free front side

11 Flanschfläche11 Flange surface

12 Werkstück12 Workpiece

13 Blech13 Sheet metal

14 Auf lage14 edition

15 Durchbruch15 Breakthrough

16 Flanschf lache16 Flange surface

17 Oberes werkstück17 Upper workpiece

18 Flanschfläche18 Flange surface

19 unteres Werkstück19 lower workpiece

20 Rolle20 roll

21 Bolzen21 bolts

22 doppe larmiger Hebel22 double-bar lever

23 Kolbenstange23 Piston rod

24 Bolzen24 bolts

25 Ausleger25 booms

26 Hülse26 Sleeve

27 Schneide27 Cutting edge

28 Messerro lie28 Messerro lie

29 Bolzen29 bolts

30 Hebel30 levers

31 Ausleger31 booms

Claims

1. A rotating pressing device for clamping two or more sheets with flange-like cross-sections together for welding by means of a high-energy welding beam, characterized in that, enclosing a welding optics ( 2 ) of a welding device, a conical sleeve (b) is mounted on the latter so as to be freely rotatable about an axis ( 7 ), which is inclined at an angle to the axis ( 8 ) of the welding beam ( 9 ) such that the axis ( 8 ) of the welding beam ( 9 ) emerges from the sleeve ( 6 ) close to the inner surface of the sleeve, the free end face ( 10 ) of the cone of the sleeve ( 6 ) resting on the flange ( 11 ) of the workpiece ( 12 ) to be welded at a point next to the welding beam ( 9 ).

2. A follower pressing device according to claim 1, characterized in that the free end face ( 10 ) of the cone of the sleeve ( 6 ) is spherical in cross section.

3. A rotating pressing device according to claims 1 and 2, characterized in that the workpieces to be welded ( 12 ; 13 ) are mounted on a fixed base ( 14 ) and the sleeve (b) which is freely rotatable on the welding optics ( 2 ) of the welding device is pressed against the flange ( 11 ) to be welded by spring pressure.

4. A travelling pressing device according to claims 1 and 2, characterised in that a boom ( 25 ) extending to below the sleeve ( 6 ) is fastened to the bearing ( 3 ) of the sleeve ( 6 ) on the welding optics ( 2 ) of the welding device, at the free end of which a swivel arm ( 22 ) is mounted in such a way that a roller ( 20 ) freely rotatable at its free end or an inclined sleeve ( 26 ) is located under the pressing point of the sleeve ( 6 ) and the swivel arm ( 22 ) is removed from the workpiece ( 19 ) against the action of a spring or is pressed onto the workpiece ( 19 ) by a spring.

5. A revolving pressing device according to claim 4, characterized in that a hydraulic or pneumatic working cylinder is arranged at the end of the pivot arm ( 22 ) opposite the roller ( 20 ) or inclined sleeve ( 26 ), which can be actuated in such a way that it either removes the pivot arm ( 22 ) from the workpiece ( 19 ) or presses the roller ( 20 ) or inclined sleeve ( 26 ) onto the workpiece ( 19 ).

6. A rotating pressing device according to claims 1 to 5, characterized in that a second boom ( 31 ) is attached to the bearing ( 3 ) of the sleeve ( 6 ) on the welding optics ( 2 ) of the welding device, to the free end of which a lever ( 30 ) is spring-mounted, the free end of which is directed towards the welding plane and is designed as a bearing fork in which a knife roller ( 28 ) is mounted so as to be freely rotatable, the cutting edge ( 27 ) of which can be pressed between the flanges ( 16 ; 18 ) of the sheets ( 17 ; 19 ) to be welded.

7. A revolving pressing device according to claim 5, characterized in that the included cutting angle of the knife roller ( 28 ) is at least 5 to 15 degrees.

8. A revolving pressing device according to claims 1 to 7, characterized in that the sleeves ( 6 ; 26 ) and the rollers ( 20 ) consist of a hard copper alloy.

9. A rotating pressing device according to claims 1 to 8, characterized in that a supply line for protective gas opens into the sleeve ( 6 ).