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Stand der Technik
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Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 015 383 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Laserschweißung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück bekannt, wobei die Vorrichtung eine Laserquelle und einen Sensor zur Prozessüberwachung des Schweißvorgangs umfasst. Die Prozessüberwachung dient dabei insbesondere der Überwachung der Einschweißtiefe, welche durch eine online-Messung einer optischen Kamera als Sensor zeitnah detektiert wird und als Regelgröße für die Laserquelle herangezogen wird. Eine Bestimmung eines Schweißverzugs ist hierbei nicht vorgesehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Schweißverfahren, die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung und das erfindungsgemäße Verbundteil gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass vor dem Schweißprozess ein gewünschter oder notwendiger Schweißverzug ermittelt wird, welcher während des Schweißprozesses umgesetzt wird. Dies hat zur Folge, dass mit dem Schweißverfahren nicht nur eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück herstellbar ist, sondern dass zusätzlich auch eine gewünschtes Richtung bzw. eine Verformung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erzielt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Fehlstellungen bzw. Verbiegungen und Abweichungen der Kontaktflächen der ersten und zweiten Werkstücke während des Schweißens kompensieren. Alternativ ist auch die Erzeugung einer gewünschten Biegung im Bereich der Schweißnaht durch die Eingabe eines entsprechenden Biegeparameters oder durch die direkte Eingabe eines entsprechenden Schweißverzugs denkbar. Der ermittelte Schweißverzug wird im dritten Verfahrensschritt dabei durch die Wahl der entsprechenden Schweißparameter realisiert. In vorteilhafter Weise ist somit ein Bauteil realisierbar, welches mit einer vergleichsweise hohen Präzision die gewünschte Außengeometrie aufweist. Bislang wird eine derartig hohe Präzision der Außengeometrie des zusammengeschweißten Bauteils durch eine vergleichsweise hohe Präzision der Fügeflächen der einzelnen Fügepartner, d. h. des ersten und zweiten Werkstücks erzielt. Dabei müssen die Fügeflächen vorher beispielsweise planarisiert bzw. geschliffen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Gegensatz zum Stand der Technik die Fertigung eines solchen präzisen Bauteils, ohne dass die Fügeflächen des ersten und zweiten Werkstücks in einer vergleichsweise aufwändigen und kostenintensiven Weise vorbehandelt werden müssen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung oder eines weiteren Gegenstands der vorliegenden Erfindung werden in einem dritten Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück um eine Drehachse mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht, wobei im Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit miteinander verschweißt werden. In vorteilhafter Weise ist auf diese Weise ein gleichmäßiges Einbringen der Schweißenergie in das erste und zweite Werkstück möglich, so dass sich die Werkstoffeigenschaften in der Wärmeeinflusszone symmetrisch verändern. Auf diese Weise wird einerseits der Schweißverzug minimiert und andererseits ein minimaler Rundlauf erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst jedes Schweißverfahren und insbesondere ein Strahlschweißverfahren, wie Laser- oder Lichtbogenschweißen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück detektiert wird, wobei der Schweißverzug in Abhängigkeit der Fehlstellung und insbesondere zur Kompensation der Fehlstellung ermittelt wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine Kompensation einer Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück während des Schweißverfahrens erzeugt. Das Schweißverfahren fungiert somit gleichzeitig zur Erzeugung einer festen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück und gleichzeitig zum Richten der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück. Eine Vorbehandlung der Fügeflächen ist somit einsparbar. Insbesondere wird im zweiten Verfahrensschritt diese Fehlstellung detektiert und anschließend der notwendige Schweißverzug zur Kompensation dieser Fehlstellung berechnet. Die eigentliche Kompensation der Fehlstellung erfolgt im nachfolgenden Schweißverfahren, wobei die Prozessparameter der Schweißung derart ausgewählt werden, dass der erzeugte Schweißverzug eine Kompensation der Fehlstellung bewirkt. Unter Fehlstellung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliche Ist-Anordnung von erstem und zweitem Werkstück zu verstehen, welche von einer gewünschten Soll-Anordnung abweicht, so dass Fehlstellung keinesfalls zwangsläufig als Abweichungen zwischen der Orientierung des ersten Werkstücks und der Orientierung des zweiten Werkstücks zu verstehen ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt der Schweißstrahl in Abhängigkeit des Schweißverzugs und/oder der Drehgeschwindigkeit eingestellt wird, wobei die Fokussierung, die Strahlzeit und/oder die Richtung des Schweißstrahls relativ zum ersten und/oder zweiten Werkstück eingestellt werden, und/oder dass ein entsprechende Drehwinkel in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird. In vorteilhafter Weise wird durch eine entsprechende Variation der Strahlungsleistung, der Fokussierung und/oder der Strahlrichtung eine Variation des Schweißverzugs oder eine Optimierung der Schweißnaht erzielt. So wird beispielsweise durch eine Erhöhung bzw. Reduzierung der Strahlungsleistung eine deutliche Erhöhung bzw. Verringerung des Schweißverzugs erzielt. Durch eine Anpassung der Bestrahlungszeit und -energie im Vergleich zur Vorschubgeschwindigkeit bzw. der Drehgeschwindigkeit des ersten und zweiten Werkstücks wird beispielsweise eine vergleichsweise homogene Naht mit einer konstanten Einschweißtiefe ohne Auffälligkeit am Überlapp erzeugt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schweißstrahl derart in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Bauteils eingestellt wird, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Energiedeposition im ersten und zweiten Bauteil erzielt wird, so dass in vorteilhafter Weise ein vergleichsweise geringer Schweißverzug entsteht, da sich die Werkstoffeigenschaften in der Wärmeeinflusszone symmetrisch verändern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück um eine Drehachse gedreht werden, wobei der entsprechende Drehwinkel in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird. Der Drehwinkel im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere den Ausrichtwinkel während des Schweißbeginns im Verhältnis zum zu erzielenden gewünschten Schweißverzug, d. h. derjenige Winkel zwischen dem Schweißstrahl und dem Verbund, bei welchem der Schweißprozess gestartet wird. Besonders vorteilhaft wird dabei der Verbund aus dem ersten und dem zweiten Werkstück um seine eigene Achse gedreht, wobei die Strahlungsleistung dabei vorzugsweise im Wesentlichen konstant über alle Drehwinkel ist und somit eine vergleichsweise feste und gleichmäßige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erzielt wird. Der Drehwinkel wird ferner in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit des gewünschten Schweißverzugs eingestellt, da eine Variation des Drehwinkels einen gezielten erhöhten und/oder reduzierten Energieeintrag in bestimmten Bereichen zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erlaubt, wodurch in gewünschter Weise eine entsprechende Beeinflussung des resultierenden Schweißverzugs erzielt wird. Ferner wird durch den Drehwinkel die Lage des Überlappungsbereichs bzw. eines dem Überlappungsbereichs gegenüberliegenden Teilbereichs bestimmt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt nach einem vollständigen Rundlauf des ersten und zweiten Werkstücks ein Überlappungsbereich erzeugt wird, wobei sich die Schweißnaht im Überlappungsbereich selbst überdeckt. Nach einer Drehung des Verbunds aus dem ersten und zweiten Werkstück gegenüber dem Schweißstrahl um mehr als 360 Grad beginnt die erzeugte Schweißnaht sich mit ihrem eigenen Anfangsbereich zu überdecken. Durch die Wahl eines entsprechenden Drehwinkel wird somit die Größe des Überlappungsbereichs festgelegt, wobei in vorteilhafter Weise der erzeugte Schweißverzug unmittelbar von der Größe des Überlappungsbereichs abhängt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Größe des Überlappungsbereichs in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird und/oder dass im Überlappungsbereich eine reduzierte Strahlungsleistung eingestellt wird. In vorteilhafter Weise lässt sich der Schweißverzug durch die Größe des Überlappungsbereichs auf einer Seite der beiden Werkstücke einstellen, wobei ein kleinerer Überlappungsbereich einen geringeren Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs und ein vergrößerter Überlappungsbereich einen größeren Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs erzeugt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt in einem dem Überlappungsbereich bezüglich einer Drehung um 180 Grad gegenüberliegenden Teilbereich eine erhöhte Strahlungsleistung eingestellt wird und/oder eine zusätzliche Strahlungsdosis aufgebracht wird. Eine erhöhte Strahlungsleistung oder eine zusätzliche Strahlendosis in einem dem Überlappungsbereich gegenüberliegenden Teilbereich führt zu einem Schweißverzug, welcher dem Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs entgegengesetzt ist, so dass der Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs zumindest teilweise kompensiert oder überkompensiert wird. Der resultierende Schweißverzug ist somit steuerbar. Dabei ist die Kompensation im Teilbereich während des ersten Rundlaufs des ersten und zweiten Werkstücks durch eine erhöhte Strahlungsleistung im Teilbereich realisierbar, wobei in vorteilhafter Weise der Schweißprozess im Vergleich zum Stand der Technik keinerlei zusätzliche Zeit und/oder keinerlei zusätzlichen Rundläufe benötigt. Alternativ ist die Kompensation im Teilbereich durch eine zusätzliche Strahlungsdosis im Teilbereich zu verwirklichen, welche in einem zweiten Rundlauf in den Teilbereich eingestrahlt wird. Dies hat zum Vorteil, dass keine erhöhte Strahlungsleistung notwendig ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Strahlungsleistung in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Drehbewegung derart geregelt wird, dass die Strahlungsleistung eine Pulsform aufweist, wobei die Pulslänge vorzugsweise einer Drehung des ersten und zweiten Werkstücks zwischen 500 bis 1200 Grad entspricht. Dabei die der aktive Schweißbereich beim Ausrampen enthalten. Zu Anfang werden dabei vorhandene Spannungsspitzen aus den Vorbearbeitungsprozessen im ersten und/oder zweiten Werkstück abgebaut, während anschließend eine gleichmäßige Beanspruchung des ersten und zweiten Werkstücks erzielt wird, so dass der Verzug am Ende des Schweißprozesses in vorteilhafter Weise minimal bleibt.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch. Hierbei wird eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück mittels der Detektionseinheit detektiert oder das erste und zweite Werkstück während des Schweißvorgangs gedreht, wobei der Schweißstrahl in Abhängigkeit der Drehbewegung eingestellt wird. Dies hat einerseits zum Vorteil, dass ein notwendiger Schweißverzug zur Korrektur bzw. zur Kompensation der Fehlstellung aus der Fehlstellung zu berechnen ist, welcher zur Einstellung der Schweißparameter in einem nachfolgenden Schweißprozess herangezogen wird. Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung erlaubt somit nicht nur die Erzeugung einer festen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück, sondern darüberhinaus zusätzlich ein Richten der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück während des Schweißens, so dass ein Bauteil aus dem ersten und dem zweiten Werkstück mit einer gewünschten Außengeometrie vergleichsweise präzise herstellbar ist. Andererseits ist ein möglichst guter Rundlauf durch eine ständige Optimierung der Schweißleistung möglich. Ferner ist eine Reduzierung des benötigten Energiebedarfs zu erzielen. Diese Schweißvorrichtung eignet sich insbesondere zum Schweißen für längliche, insbesondere rohr- und/oder stangenartige Werkstücke, da sich hierbei eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück, bspw. durch nicht planparallele Fügeflächen der ersten und zweiten Werkstücke, besonders stark auswirkt. Ferner ist somit in vorteilhafter Weise ein vergleichsweise guter Planlauf des ersten und/oder zweiten Werkstücks auch bei nicht planparallelen Fügeflächen der Ausgangswerkstücke zu erzielen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Steuerung des Schweißkopfs und/oder einer Antriebsvorrichtung der Halterung zum gemeinsamen Bewegen des ersten und zweiten Werkstücks durch die Detektionseinheit vorgesehen ist. Zur Berücksichtigung bzw. Korrektur der Fehlstellung wird, wie oben bereits detailiert ausgeführt wurde, der Schweißstrahl im Hinblick auf Strahlleistung, Fokussierung und/oder Strahlrichtung durch den Strahlkopf eingestellt und/oder die Relativposition bzw. Relativbewegung, d. h. insbesondere dem Drehwinkel, zwischen dem ersten und zweiten Werkstück einerseits und dem Schweißstrahl andererseits durch die Antriebsvorrichtung eingestellt, wobei zur Erzeugung des gewünschten Schweißverzugs der Strahlkopf und/oder die Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar durch die Detektionseinheit gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Detektionseinheit eine optische und/oder mechanische Detektionseinheit umfasst. Besonders bevorzugt umfasst die optische Detektionseinheit eine Laserstrahloptik, welche zu einer vergleichsweisen präzisen Ermittlung der Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück verwendet wird. Alternativ umfasst die mechanische Detektionseinheit vorzugsweise eine taktile Detektionseinheit, wobei die Fehlstellung „ertastet” bzw. durch Berührung ermittelt wird. Ferner ist denkbar, dass der Verzug durch eine einfache Vermessung der Verformung des Werkstücks und/oder durch die Stellung der Werkstückhalterung detektierbar ist. Für einen Fachmann ist selbstverständlich, dass die Detektion des Verzugs auch mit jedem anderen geeigneten Verfahren ausführbar ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundteil aus einem ersten und einem zweiten Werkstück hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1a ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahren gemäß dem Stand der Technik,
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1b ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2a, 2b schematische Seitenansichten von Schweißvorrichtungen gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine schematische Draufsicht einer Schweißvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4a, 4b, 4c schematische Darstellungen der Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels des Schweißverfahrens gemäß einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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5 eine schematische Darstellung der Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels des Schweißverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1a ist ein schematisches Blockbild eines typischen Schweißverfahrens gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei in einem ersten Schritt 1' zunächst ein erstes und ein zweites Werkstück in eine Halterung derart eingespannt werden, dass sie jeweils mit ihren Fügeflächen miteinander in Kontakt kommen. Anschließend werden in einem zweiten Schritt 3' das erste und das zweite Werkstück mittels einer Antriebsvorrichtung zu einer gemeinsamen Drehbewegung um eine Drehachse angeregt und der eigentliche Schweißprozess durchgeführt. Dabei wird ein Schweißstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, auf eine Kontaktstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück gerichtet, wobei durch die Drehbewegung der Schweißstrahl entlang des Umfangs der Kontaktstelle wandert und somit eine Schweißnaht entlang des Umfangs erzeugt wird, so dass eine feste und vollständig umlaufende Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück hergestellt wird.
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In 1b ist ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das erfindungsgemäße Schweißverfahren dem in 1a illustrierten Schweißverfahren ähnelt, wobei nach dem Einspannen des ersten und zweiten Werkstücks in die Halterung im ersten Verfahrensschritt 1 zunächst ein notwendiger bzw. gewünschter Schweißverzug in einem zweiten Verfahrensschritt 2 ermittelt wird. Dazu wird der Verbund aus erstem und zweitem Werkstück mittels einer Detektionseinheit vermessen und eine unerwünschte bzw. zu korrigierende Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück detektiert. Dabei wird insbesondere die Ist-Anordnung aus erstem und zweitem Werkstück detektiert und mit einer Soll-Anordnung verglichen. Anhand der detektierten Fehlstellung wird ein notwendiger Schweißverzug berechnet, welcher zur Kompensation der detektierten Fehlstellung notwendig ist, so dass die Anordnung aus erstem und zweitem Werkstück nach Vollendung des Schweißprozesses der Soll-Anordnung entspricht. Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt 3 der Verbund aus erstem und zweitem Werkstück zur Drehbewegung um die Drehachse angeregt und der Schweißprozess gestartet. Der Schweißprozess und die Drehbewegung des Verbunds werden dabei in Abhängigkeit des berechneten Schweißverzugs derart durchgeführt, dass nach Beendigung des Schweißprozesses die Fehlstellung durch einen resultierenden Schweißverzug gerade kompensiert wird, wobei vorzugsweise die Strahlungsleistung und/oder die Drehbewegung des Verbunds aus erstem und zweiten Werkstück in Abhängigkeit des ermittelten Schweißverzugs gesteuert wird. Zur Erzeugung dieses Schweißverzugs wird insbesondere die Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Ausgangswinkels zwischen dem Verbund und dem Schweißstrahl gesteuert.
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In den 2a und 2b sind schematische Seitenansichten von Schweißvorrichtungen gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Schweißvorrichtungen zur Durchführung eines in 1b dargestellten Schweißverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Die erste Ausführungsform dargestellt in 1b umfasst ein ersten und ein zweites Werkstück 10, 11, welche in einer Halterung 12 gehalten werden. Die Haupterstreckungsrichtung des ersten Werkstücks 10 und die Haupterstreckungsrichtung des zweiten Werkstücks 11 weisen dabei einen Winkel zueinander auf, welcher ungleich 180 Grad ist, d. h. dass das erste und das zweite Werkstück 10, 11 nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies kann bspw. durch nicht planparallele Fügeflächen des ersten und zweiten Werkstücks 10, 11 bedingt sein. Die Abweichung zwischen der Orientierung des ersten und des zweiten Werkstücks 10, 11 wird im Folgenden als Fehlstellung bezeichnet. Diese Fehlstellung wird mittels einer nicht dargestellten Detektionseinheit, bspw. eine Laserstrahloptik, ermittelt und unter Berücksichtigung dieser ermittelten Fehlstellung ein Schweißverzug berechnet, welcher dazu geeignet ist nach Vollendung des Schweißprozesses die Fehlstellung gerade zu kompensieren. In den Kontaktbereich 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 10, 11 wird nun ein Schweißstrahl 14 von einem nicht dargestellten Schweißkopf eingestrahlt, so dass das erste und das zweite Werkstück 10, 11 im Kontaktbereich 13 miteinander verbunden werden. Das erste und das zweite Werkstück 10, 11 werden dabei von einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung zu einer gemeinsamen Drehbewegung 15 um eine Drehachse 16 angetrieben. Die Strahlungsleistung des Schweißstrahls 14 und die Drehbewegung 15 werden dabei in Abhängigkeit des berechneten Schweißverzugs eingestellt, um gleichzeitig zur Erzeugung der Schweißverbindung einen resultierenden Schweißverzug im Kontaktbereich 13 zu erzeugen, welcher die Fehlstellung gerade kompensiert. In 2b ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, welche im Wesentlichen der ersten Ausführungsform identisch ist, wobei das zweite Werkstück 11 ein quaderförmiges oder rundes Werkstück umfasst und wobei das erste Werkstück 10 zwischen dem zweiten Werkstück 12 und zwischen einer Halterung in Form eines seitlich elastischen Niederhalters 12' eingespannt ist. Der Niederhalter 12' ist gegenüber einer seitlichen Bewegung, d. h. senkrecht zur Drehachse 16 elastisch und fungiert gleichzeitig als Detektionseinheit, wobei die Fehlstellung des ersten Werkstücks 10 gegenüber dem zweiten Werkstück 11 durch die seitliche Position des Niederhalters 12' gemessen wird. Die Fehlstellung ist somit null, wenn die seitliche Position des Niederhalters 12' genau oberhalb der Kontaktstelle bzw. auf der Drehachse 16 angeordnet ist.
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In 3 ist eine schematische Draufsicht einer Schweißvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen der in 2a dargestellten ersten Ausführungsform entspricht und wobei die Schweißvorrichtung 1 in einer Draufsicht aus einer in 2a durch den Pfeil 20 illustrierten Richtung abgebildet ist. Der Schweißstrahl 14 wird dabei auf die Kontaktstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 10, 11 eingestrahlt und gleichzeitig der Verbund aus erstem und zweitem. Werkstück um die Drehachse 16 relativ zum Schweißstrahl 14 um seine eigene Achse gedreht. Dabei wird eine Schweißnaht 21 erzeugt, welche sich entlang des Umfangs 22 des Verbunds erstreckt. Um eine feste Schweißverbindung zu erzielen ist die Schweißnaht 21 länger als der Umfang 22 ausgebildet, so dass sich die Schweißnaht 21 im Anfangspunkt 23 nach einer vollständigen Drehung des Verbunds um 360 Grad mit sich selbst überdeckt. Der Bereich, in welchem sich die Schweißnaht 21 überdeckt, wird als Überlappungsbereich 17 bezeichnet. Der Schweißverzug ist üblicherweise in Richtung dieses Überlappungsbereichs 17 gerichtet. Um einen solchen Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs 17 zu reduzieren, ist eine in 4c illustrierte Steuerung des Schweißstrahls 14 denkbar, wobei die Strahlungsleistung 24 des Schweißstrahls 14 im Überlappungsbereich 17 reduziert wird. In einer alternativen Ausführungsform ist denkbar, in einem dem Überlappungsbereich 17 relativ zur Drehachse 16 gegenüberliegenden Teilbereich 18 eine erhöhte Strahlungsleistung 24' während der ersten Drehung des Verbunds einzubringen, wie dies in 4b illustriert ist. Der Teilbereich 18 beginnt bei einer Drehung von 180 Grad. Die erhöhte Strahlungsleistung 24' wirkt hierbei dem Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs 17 kompensatorisch entgegen. In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in 4a, ist denkbar, dass in weiteren Drehungen des Verbunds, d. h. beispielsweise in einer Drehung zwischen 360 und 720 Grad, lediglich der Teilbereich 18 mit einer zusätzlichen Strahlungsdosis 24'' bestrahlt wird. Durch diese zusätzliche Strahlungsdosis 24'', welche im Wesentlichen in einem Bereich ab 540 Grad abgestrahlt wird, wird ebenfalls eine Kompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs erzielt.
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In 4a, 4b, 4c sind schematische Darstellungen der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 von Schweißverfahren gemäß einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der unterschiedliche Verlauf zur Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 wurde bereits anhand der 3 beschrieben, wobei in den 4a, 4c und 4b auf der Abszisse jeweils der Drehwinkel 25 in Grad und auf der Ordinate jeweils die Strahlungsleistung 24 bzw. die äquivalente Strahlungstemperatur aufgetragen ist. Ein Drehwinkel 25 von Null Grad entspricht dabei dem Anfangspunkt 23. Der in 4a illustrierte Strahlungsverlauf umfasst eine gleichmäßige Strahlungsleistung 24 während der ersten Drehung (von 0 bis 360 Grad), wobei die Strahlungsleistung 24 im Überlappungsbereich 17 (zwischen 360 und ca. 400 Grad) auf Null reduziert wird und wobei zur Kompensation der Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17 während zweiten Drehungen (beispielsweise von 360 bis 900 Grad) außerhalb des Überlappungs- und Teilbereich 17, 18 eine Strahlungsleistung 24 von null eingestellt wird und im Teilbereich 18 bzw. um den Teilbereich 18 herum (ca. zwischen 500 und 600 Grad) eine zusätzliche Strahlungsdosis 24'' deponiert wird. Die Strahlungsleistung 24 der zusätzlichen Strahlungsdosis 24'' ist vorzugsweise kleiner, als die während der ersten Drehung gleichmäßig eingestrahlte Strahlungsleistung 24.
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Der in 4b illustrierte Strahlungsverlauf zeigt eine während der ersten Drehung insgesamt geringere Strahlungsleistung, welche lediglich im Teilbereich 18 kurzzeitig erhöht wird. Diese kurzzeitig erhöhte Strahlungsleistung 24' führt zu einer Kompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17. In 4a ist eine verringerte Strahlungsleistung 24 dargestellt, so dass der Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs 17 insgesamt reduziert ist. Durch diese unterschiedlichen Verläufe der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 ist je nach gewünschtem Schweißverzug eine teilweise oder exakte Kompensation oder eine Überkompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17 einstellbar, so dass die Fehlstellung durch eine entsprechende Wahl der Strahlungsleistung 24 und/oder der Drehbewegung in gewünschter Weise während des Schweißverfahrens zu korrigieren ist.
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In 5 ist eine schematische Darstellung der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit der Zeit 31 des Schweißverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Strahlungsleistung 24 und die Strahlungszeit werden bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahrens, illustriert durch die Linie 30, hierbei in Abhängigkeit der Zeit 31 bzw. des Drehwinkels 25 geregelt. Die resultierende Pulslänge in Zeiteinheiten hängt von der im Prozess eingesetzten Drehgeschwindigkeit ab und erstreckt sich beispielsweise über 500 Grad. Zum Vergleich zeigt 5 mit der Linie 32 ferner den Verlauf der Schweißleistung 24 in Abhängigkeit der Zeit 31 bei einem konventionellen Schweißprozess.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015383 A1 [0001]
