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DE202004011497U1 - Vorrichtung zum Verschweißen von zwei Körpern - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Verschweißen von zwei Körpern (24, 26) aus einem schweißbaren Material, mit
– jeweils einer Halteeinrichtung (32, 34) für jeden Körper (26, 24), die eine zu schweißende Fläche des Körpers in einer vorbestimmten Position halten und ansprechend auf ein Steuersignal die zu verschweißenden Flächen der Körper in Kontakt miteinander bringen,
– mindestens einer Scannereinrichtung (12, 14), die jeweils mindestens einen beweglich gelagerten Spiegel, einen ansteuerbaren Antrieb für den oder die Spiegel, eine Steuerung für den Antrieb und einen auf den oder die Spiegel gerichteten Laser aufweist, wobei
– der reflektierte Laserstrahl (20, 22) auf den Körper trifft und über die Scannereinrichtung (12, 14) entlang einer vorbestimmten Zeit-Weg-Kurve auf der zu verschweißenden Fläche verfährt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von zwei Körpern.
  • Der Einsatz von Lasern bei der Herstellung eines Formkörpers ist bekannt. DE 102 08 151 beschreibt die Herstellung eines Formkörpers durch selektives Lasersintern. Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl über eine Umlenkeinrichtung meanderförmig entlang einem Streifen geführt, um ein Metallpulver mit niedrig schmelzenden Bindemitteln gleichmäßig zu sintern.
  • Aus WO 99/02330 ist ein Verfahren zum Verschweißen von Tuben bekannt. Bei dem Verfahren wird eine mit Material gefüllte Tube entlang einer vorgesehenen Schweißnaht mit einem Laserstrahl entlang dem Umfangsbereich erwärmt und anschließend zusammengepreßt. Der Laserstrahl wird hierbei über ein beweglich gelagertes Spiegelelement auf die Tubeninnenwandung gelenkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schweißen von zwei Körpern bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln und zuverlässig das Verschweißen von zwei Körpern erlaubt.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt Halteeinrichtungen und eine Scannereinrichtung. Die Scannereinrichtung besitzt mindestens einen beweglich gelagerten Spiegel, einen ansteuerbaren Antrieb für den oder die Spiegel, eine Steuerung für den Antrieb und einen auf den oder die Spiegel ausgerichteten Laser. Für jeden der Körper ist eine Halteeinrichtung vorgesehen, die eine zu schweißende Fläche des Körpers in einer vorbestimmten Position ausrichtet und die ansprechend auf ein Steuersignal, nach der Erwärmung, die zu schweißenden Flächen der Körper in Kontakt miteinander bringen. Die bei der Erfindung vorgesehene Scannereinrichtung lenkt den reflektierten Laserstrahl auf den Körper und entlang einer vorbestimmten Zeit-Weg-Kurve auf der zu schweißenden Oberfläche. Durch den Energieeintrag des Laserstrahls in den vorzugsweise aus Kunststoffmaterial bestehenden Körper erschmilzt dieser und das Material verbindet sich dauerhaft mit dem Material des zweiten Körpers, wenn es mit diesem in Verbindung gelangt. Hierbei ist bevorzugt auch der zweite Körper in dem zu verbindenden Bereich er schmolzen. Unter Schmelzen oder Erschmelzen wird nachfolgend stets eine Temperatur verstanden, die das Material soweit erwärmt, daß ein Verschweißen erfolgen kann.
  • Bevorzugt werden, um eine dauerhafte und auch belastbare Verbindung zwischen den beiden Körpern herzustellen, die Körper mit der erschmolzenen Oberfläche für eine vorbestimmte Zeitdauer unter Druckmiteinander in Kontakt gebracht. Während des Erstarrens des erschmolzenen Materials bildet sich unter dem anliegenden Druck eine stark belastbare Schweißverbindung.
  • Es hat sich herausgestellt, daß für eine wirkungsvolle Schweißverbindung die Scannereinrichtung den Laserstrahl bevorzugt entlang der Kante des Körpers verfährt. Soll ein Heraustreten des angeschmolzenen Materials zwischen den Körpern vermieden werden, so kann der Laserstrahl über die Scannereinrichtung auch parallel zu und beabstandet von der Kante des Körpers gelenkt werden.
  • Bevorzugt ist die Zeit-Weg-Kurve für den Laser derart festgelegt, daß das Material an der Oberfläche schmilzt. Besonders vorteilhaft hat sich das Verfahren für Kugelhälften erwiesen, die mit Hilfe der Erfindung zu einer Kugel verbunden werden. Je nach vorgesehener Anwendung kann dabei mit vollen Halbkugeln oder Halbkugelschalen oder einer Kombination beider gearbeitet werden. Durch das Aufschmelzen des Materials in der Verbindungsfläche wird sichergestellt, daß entlang der Verbindungskante eine Gratbildung minimiert wird oder vollständig unterbleibt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Kugel aus zwei Kugelhälften zusammengeschweißt wird. Die mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung verschweißte Kugel besitzt den Vorteil, daß keine Schweißnaht oder -grat an der Oberfläche vorsteht.
  • Bevorzugt besitzen die Halteeinrichtungen jeweils einen Arm, der um ungefähr 90° verschwenkbar ist. In der verschwenkten Position können die Arme beispielsweise durch einen Druckzylinder verlängert und aufeinander zu bewegt werden. Die verschwenkten und ausgefahrenen Arme bringen die Körper mit den zu verschweißenden Flächen in Kontakt.
  • Um ein Auskühlen der bereits bestrahlten Oberflächenbereiche zu vermeiden, während andere Oberflächenbereiche noch erschmolzen werden, ist bevorzugt jeweils eine Scannereinrichtung für einen Körper vorgesehen, so daß das Erschmelzen der Oberflächen beider Körper gleichzeitig erfolgen kann.
  • Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der nachfolgenden Figuren erläutert:
  • 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Halbkugeln, die miteinander zu verschweißen sind,
  • 2 zeigt die Halbkugeln bei einer Schwenkbewegung aufeinander zu,
  • 3 zeigt die Halbkugeln in einer gegeneinander gedrückten Position und
  • 4 zeigt zwei ausfahrbare Arme der Halteeinrichtungen.
  • 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit zwei Halteeinrichtungen 32, 34 und zwei Scannern 12 und 14. Die Scanner lenken jeweils einen einfallenden Laserstrahl 16, 18 um. Die Scanner können dafür je nach beabsichtigtem Einsatz ein, zwei oder mehr ansteuerbare Spiegel besitzen. Sollen beispielsweise die Körper entlang einer geraden Linie verschweißt werden, so ist grundsätzlich ein ansteuerbares Spiegelelement ausreichend. Für in der Fläche verlaufende Schweißlinien ist die Ansteuerung von zwei Spiegelelementen erforderlich, wenn diese um eine Achse drehbar gelagert sind. Durch die Verwendung von mehr als zwei Spiegeln kann der Laserstrahl entlang von dreidimensional verlaufenden Schweißnähten verfahren werden.
  • Der abgelenkte Laserstrahl 20, 22 wird in 1 jeweils auf eine Halbkugel 24, 26 umgelenkt. Die Laserstrahlen beschreiben auf den Äquatorialebenen der Halbkugeln jeweils eine kreisförmige Bahn 28, 30, so daß der umgelenkte Laserstrahl 20, 22 insgesamt entlang einem Kegelmantel verläuft. Die Kreislinien 28 und 30 entlang derer der Laserstrahl verläuft, sind vom Umfang der Halbkugeln beabstandet.
  • Alternativ zur Verwendung eines kreisförmigen Erwärmungsbereichs können die Halbkugeln 24 und 26 auch flächig erwärmt werden.
  • Die Halbkugeln liegen in Halteschalen 32 und 34. Die Halteschalen 32 und 34 werden an dem Gehäuse des Geräts entlang der Schlitze 36 und 38 geführt. 2 zeigt die Bewegung der Halteschalen 32 und 34 aufeinander zu. Zur Bewegung der Halteschalen kön nen diese mit einem Arm verbunden sein, der entlang der Schlitze 36 und 38 geführt wird. Die Halbkugeln können dabei in den Halteschalen beispielsweise durch Unterdruck gehalten werden.
  • 3 zeigt den Endzustand, in dem die Halbkugeln 24 und 26 mit Kraft gegeneinander gedrückt werden. Unter Druck entstellt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Halbkugeln, so daß am Ende eine einheitliche runde Kugel vorliegt.
  • 4 zeigt eine alternative Ausführungsform für die Halteeinrichtungen. Bei dieser Ausgestaltung wird jeder Arm 40, 42 um eine ortsfeste Achse 44, 46 geschwenkt. Die Schwenkbewegung erfolgt entlang der mit A und B gekennzeichneten Richtung. In der aufrechten Position werden die Körper wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit zwei Lasern bestrahlt. In der in 4 dargestellten verschwenkten Position werden die Arme 40 und 42 entlang der Richtungen C und D verlängert bzw. verkürzt. Im ausgefahrenen Zustand der Arme 40 und 42 gelangen die Aufnahmeelemente 48 und 50 in Verbindung miteinander. Die Aufnahmeelemente 48 und 50 besitzen jeweils eine Vertiefung 52 und 54 zur Aufnahme eines kugelförmigen Körpers. Nicht dargestellt in 4 sind Mittel zum Halten der kugelförmigen Körper in den Vertiefungen 52 und 54. Hierzu gibt es grundsätzlich eine Reihe von Ansätzen, so kann beispielsweise der Körper durch ein Haftmittel gehalten werden oder durch Unterdruck, der über eine Leitung zum Grund der Ausnehmung geführt ist und durch den Unterdruck den Körper in der Ausnehmung hält.
  • In 4 ist zu erkennen, daß das Aufnahmeelement 50 an seiner Stirnseite eine Vertiefung 56 besitzt, deren Abmessungen dem Aufnahmeelement 48 entsprechen. In der zusammengedrückten Position taucht Aufnahmeelement 48 in die Vertiefung 56 ein und wird in dieser ausgerichtet, so daß die miteinander zu verschweißenden Kugelhälften exakt aufeinander positioniert sind.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Verschweißen von zwei Körpern (24, 26) aus einem schweißbaren Material, mit – jeweils einer Halteeinrichtung (32, 34) für jeden Körper (26, 24), die eine zu schweißende Fläche des Körpers in einer vorbestimmten Position halten und ansprechend auf ein Steuersignal die zu verschweißenden Flächen der Körper in Kontakt miteinander bringen, – mindestens einer Scannereinrichtung (12, 14), die jeweils mindestens einen beweglich gelagerten Spiegel, einen ansteuerbaren Antrieb für den oder die Spiegel, eine Steuerung für den Antrieb und einen auf den oder die Spiegel gerichteten Laser aufweist, wobei – der reflektierte Laserstrahl (20, 22) auf den Körper trifft und über die Scannereinrichtung (12, 14) entlang einer vorbestimmten Zeit-Weg-Kurve auf der zu verschweißenden Fläche verfährt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung die Körper (24; 26) unter Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer miteinander in Kontakt bringt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scannereinrichtung (12, 14) den Laserstrahl entlang der Kante der Körper (24, 26) verfährt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scannereinrichtung (12, 14) den Laserstrahl beabstandet von der Kante verfährt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit-Weg-Kurve für den Laser derart festgelegt ist, daß das Material an der Oberfläche schmilzt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Körper (24, 26) eine Kugelhälfte ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Körper eine Scannereinrichtung (12, 14) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halteeinrichtung einen Arm aufweist, der entlang einer Bahn (36, 38) verfahrbar ist und die Halteeinrichtungen jeweils um ungefähr 90° aufeinander zu schwenkt, um die zu verschweißenden Flächen miteinander in Kontakt zu bringen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halteeinrichtung (40, 42) um eine ortsfeste Achse (44, 46) um ungefähr 90° schwenkbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halteeinrichtung ein Aufnahmeelement (48, 50) für den Körper besitzt, wobei das Aufnahmeelement in der verschwenkten Position der Halteeinrichtung entlang dieser verfahrbar ist, um den Körper gegen den Körper in der anderen Halteeinrichtung zu drücken.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die zu verschweißenden Körper Kunststoffmaterial vorgesehen ist.
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EP2923821A1 (de) * 2014-03-28 2015-09-30 Sogefi Engine Systems USA, Inc. System und verfahren für direktes infrarotlaserschweissen

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