DE102020126540A1

DE102020126540A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Strahlschweißen

Info

Publication number: DE102020126540A1
Application number: DE102020126540.9A
Authority: DE
Inventors: Simon Schlirf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-04-14
Also published as: WO2022073540A1

Abstract

Zwei Bleche (3, 4), insbesondere für eine Bipolarplatte, werden durch Strahlschweißen miteinander verbunden, indem sie einer Schweißvorrichtung (10) zugeführt werden, welche zwei Walzen (5, 6) umfasst, zwischen denen ein Spalt (Sp) gebildet ist, durch den die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden Bleche (3, 4) bei Bildung einer Schweißverbindung gefördert werden, wobei die Breite der Walzen (5, 6) mindestens der Breite der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Bleche (3, 4) entspricht. Ein einen Energieeintrag bewirkender Strahl (LS) wird derart auf einen Zuführbereich der Bleche (3, 4) zu den Walzen (5, 6) gerichtet, dass die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden Bleche (3, 4) unter Bildung einer Schweißverbindung durch den Spalt (Sp) gefördert werden. Der die Bleche (3, 4) lokal erhitzende Strahl (LS) wird phasenweise derart ausgelenkt, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Auftreffpunkt (AP) des Strahls (LS) in Axialrichtung der Walzen (5, 6) verlagert, größer als die Fördergeschwindigkeit der Bleche (3, 4) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Strahlschwei-ßen, insbesondere Laserstrahlschweißen. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Ein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gestaltetes Verfahren zum Verbinden von Metallbändern, das heißt Blechen, durch Strahlschweißen, in diesem Fall Laserstrahlschweißen, sowie eine zugehörige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2018 219 056 A1 beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung ist zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen vorgesehen. Im Rahmen der Herstellung der Bipolarplatten werden Metallbänder gereinigt, nitriert und beschichtet. Anschließend werden die Metallbänder umgeformt. An die Umformung schließt sich eine Fügung mit Laserstrahl an. Die einzelnen Schritte bis zur Fügung, das heißt dem Laserstrahlschweißen, sollen nach der DE 10 2018 219 056 A1 in einem kontinuierlichen Durchlaufprozess durchgeführt werden. Beim Laserstrahlschweißen wird der Laserstrahl über eine Faser geführt, wobei der Laserstrahl am Ende der Faser kollimiert und mit Hilfe eines reflektierenden Elementes ausgelenkt werden kann. Auf diese Weise soll eine Fokusbreite zwischen 10 und 200 µm erzielbar sein. Die Schweißung soll derart durchführbar sein, dass es zu keiner Verletzung der funktionalen Beschichtung auf dem Werkstück, das heißt der Bipolarplatte, kommt.
Die DE 10 2008 036 435 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen von metallischen Werkstoffverbunden in einem Warmwalzplattierverfahren. Hierbei ist eine Kurzzeiterwärmung eines Bandes durch gleichzeitige elektromagnetische Induktion und Laserbestrahlung vorgesehen. Der Laserstrahl trifft dabei, prinzipiell vergleichbar mit dem in der DE 10 2018 219 056 A1 beschriebenen Verfahren, auf die Innenseiten zweier miteinander zu verbindender Bänder, welche durch einen Spalt zwischen zwei Walzen gefördert werden. Im Fall der DE 10 2008 036 435 A1 erfolgt zusätzlich zur Herstellung einer Schweißverbindung ein Warmwalzen der Bänder, wobei ein Umformgrad von bis zu 70 % erreichbar sein soll. Das Walzenpaar kann aus Profilwalzen gebildet sein. Bei dem Endprodukt handelt es sich zum Beispiel um einen Bimetall-Wärmetauscher.
Die WO 96/22855 A1 offenbart ein Verfahren zum laserunterstützten Plattieren von Band. Im Rahmen dieses Verfahrens werden Bänder oder Bleche kontinuierlich in einen Walzspalt eingeführt, wobei die miteinander in Kontakt kommenden Oberflächen von einem Laserstrahl aufgeheizt, jedoch nicht aufgeschmolzen werden. Die Bänder oder Bleche werden parallel zu ihrer Längsachse miteinander verbunden. Das Verfahren soll unter anderem zum Fügen von Stahl mit Aluminium geeignet sein.
Ein weiteres Verfahren zum Verbinden verschiedener Metallbänder mittels Laserstrahlschweißen unter Nutzung von Walzen, die Druck ausüben, ist zum Beispiel in der JP 2004291090 A beschrieben. Ein Verfahren zum Verbinden galvanisierter Bleche durch Laserstrahlschweißen ist beispielsweise in der JP 2018-075596 A offenbart.
Die CN 101823185 A hat die Herstellung von Multilayer-Verbundmaterialien zum Gegenstand. Auch in diesem Fall wird ein Laserstrahl auf die Innenseiten miteinander zu verbindender bandförmiger Ausgangsprodukte gerichtet, welche in einen Spalt zwischen zwei Walzen einlaufen und dort unter Druckeinwirkung miteinander verschweißt werden.
Eine in der CN 102642307 A beschriebene Vorrichtung ist zum Laserverschweißen flexibler Materialien unter Druckeinwirkung ausgelegt, wobei auch in diesem Fall eine auf die Materialien wirkende Druckkraft durch ein Walzenpaar erzeugt wird.
Ein in der DE 10 2018 133 676 A1 beschriebenes Fügeverfahren soll das Fügen nichttransparenter kohlefaserverstärkter Kunststoffteile mittels Laserschweißen ermögliche. Ein lokaler Wärmeeintrag kann hierbei durch Scannen eines Laserstrahls über einen Nahtbereich erfolgen. Zur Vorbereitung des Laserschweißens ist ein Schäftungsbereich an wenigstens einem der Werkstücke zu erzeugen. Der Schäftungsbereich begrenzt zusammen mit einem weiteren Werkstück einen Nahtbereich. Zum Scannen des Laserstrahls über den Nahtbereich soll nach der DE 10 2018 133 676 A1 ein Scannermodul, welches wenigstens einen aktorisch bewegbaren Scannerspiegel umfasst, verwendet werden.
Die US 4,471,204 A beschreibt ein Schweißverfahren, bei welchem ein Energieeintrag durch einen Strahl erfolgt, wobei es sich bei dem Strahl unter anderem um einen Laserstrahl oder einen Ionenstrahl handeln kann. In jedem Fall ist der Strahl auf einen durch ein Walzenpaar gebildeten keilförmigen Zuführbereich gerichtet, in welchen bandförmige Ausgangsprodukte eingeführt werden.
Die DE 10 2004 013 374 A1 offenbart eine Spannvorrichtung zum Strahlschweißen von beschichteten Blechen. In diesem Fall kann das Schweißen als Laser- oder Elektronenstrahlschweißen erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Möglichkeiten zum Verbinden von Blechen mittels Strahlschweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, anzugeben, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand und flexibler Anwendbarkeit gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein nach dem Anspruch 1 gestaltetes Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Strahlschweißen. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit der zum Verbinden zweier Bleche durch Strahlschweißen vorgesehenen Vorrichtung erläutere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Strahlschweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren, und umgekehrt.
Das Laserschweißverfahren geht davon aus, dass zwei Bleche einer Schweißvorrichtung zugeführt werden, welche zwei Walzen umfasst, zwischen denen ein Spalt gebildet ist, durch den die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden, miteinander zu verschweißenden Bleche gefördert werden, wobei die Breite der Walzen mindestens der Breite der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Bleche entspricht. Um das Verschweißen zu ermöglichen, wird ein Strahl, welcher einen Energieeintrag bewirkt, derart auf einen Zuführbereich der Bleche zu den Walzen gerichtet, dass die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden Bleche unter Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung durch den Spalt gefördert werden. Der die Bleche lokal erhitzende Strahl wird wenigstens phasenweise derart schnell ausgelenkt, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Auftreffpunkt des Strahls in Axialrichtung der Walzen verlagert, größer als die Fördergeschwindigkeit der Bleche ist.
Zum Verbinden der Bleche mittels Strahlschweißen können Walzen verwendet werden, deren Umfang mindestens der in Förderrichtung zu messenden Länge des zu verschweißenden Bereichs des Werkstücks entspricht. Die Walzen können hierbei eine profilierte Oberfläche aufweisen. Damit sind Bleche miteinander verschweißbar, welche bereits vor dem Verschweißen dreidimensional strukturiert sind.
In alternativer Ausgestaltung, welche insbesondere zur Verbindung flacher Bleche geeignet ist, weisen die Walzen eine elastische Oberfläche, insbesondere aus einem Elastomer, auf. In diesem Fall sind auch Walzen verwendbar, deren Umfang kleiner als die Länge des zu verschweißenden Bereichs der Bleche ist.
Aber auch ein Einsatz profilierter Walzen mit elastischer Oberfläche, insbesondere aus einem Elastomer, ist möglich.
Unabhängig von der Dimensionierung und Form des Walzenpaares umfasst die Vorrichtung zum Verbinden zweier Bleche durch Schweißen in jedem Fall eine Schweißvorrichtung, welche zwei Walzen aufweist, zwischen denen die Bleche unter Krafteinwirkung förderbar sind, wobei die Breite der Walzen mindestens der Breite der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Bleche entspricht. Weiter umfasst die Schweißvorrichtung mindestens eine Strahlungsquelle, welche zur Emission eines Strahls, die die Bleche zumindest punktuell erhitzt, ausgebildet ist. Ferner ist der Vorrichtung eine Ablenkvorrichtung zuzurechnen, welche dazu ausgebildet ist, den Strahl zumindest phasenweise derart auszulenken, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Auftreffpunktes des Strahls in Axialrichtung der Walzen verlagert, die Fördergeschwindigkeit der Bleche übertrifft.
Optional werden die Bleche mit mehreren simultan auf die Einlaufzone vor den Walzen gerichteten Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, lokal erhitzt. Die schnelle Ablenkung von Strahlen in Querrichtung der Walzen, verglichen mit der Fördergeschwindigkeit der Bleche, ermöglicht selbst bei einer hohen Umfangsgeschwindigkeit der Walzen die Erzeugung von Schweißnähten, welche hauptsächlich in Längsrichtung der Walzen, das heißt quer zur Förderrichtung der Bleche, ausgerichtet sind. Bei nicht zu hoher Fördergeschwindigkeit der Bleche und zugleich schneller Strahlauslenkung sind in einem kontinuierlichen Prozess sogar Schweißnähte herstellbar, welche annähernd quer zur Förderrichtung verlaufen. Ein die Bleche lokal erhitzender Strahl kann mit einer Ebene, in welcher die Rotationsachsen der Walzen liegen, gemäß einer möglichen Ausgestaltung wenigstens zeitweise einen spitzen Winkel von weniger als 30° einschließen.
Geht man davon aus, dass der Strahl, welcher auf die Bleche gerichtet wird, einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt hat, so wird der Auftreffpunkt des Strahls auf ein Blech bereits dadurch verzerrt, dass das in den Spalt zwischen die Walzen einlaufende Blech keinesfalls senkrecht vom Strahl getroffen wird. Dies bedeutet, dass der sogenannte Auftreffpunkt in Förderrichtung der Bleche gedehnt wird und gilt in Fällen, in denen die Strahlrichtung mit der Förderrichtung übereinstimmt. Eine weitere Dehnung des Auftreffpunktes, nämlich quer zur Förderrichtung, tritt auf, wenn der Strahl überwiegend in Längsrichtung der Rotationsachsen der Walzen, das heißt quer zur Förderrichtung, ausgerichtet ist. Insgesamt ergibt sich damit eine Dehnung des Auftreffpunktes in zwei unterschiedlichen Richtungen, was die auf die Fläche bezogene Energiedichte des auftreffenden Strahls signifikant herabsetzt. Hinzu kommt, dass bei einer schnellen Auslenkung des Strahls die Verweildauer des Auftreffpunktes auf dem Blech sehr kurz ist.
Aufgrund der beschriebenen, in die gleiche Richtung wirkenden Effekte, was die Einwirkung des Strahls auf die Bleche bei hoher Fördergeschwindigkeit, schneller Auslenkung und flachem Auftreffwinkel betrifft, erfordert das Strahlschweißverfahren eine ausreichend leistungsstarke Strahlungsquelle, insbesondere in Form eines Lasers. Zur Ablenkung der Laserstrahlen ist beispielsweise eine Ablenkvorrichtung geeignet, welche ein rotierendes, mit den Walzen der Schweißvorrichtung synchronisiertes optisches Element umfasst. Im Übrigen wird, was die gesteuerte Ablenkung von Lichtstrahlen betrifft, beispielhaft auf die Dokumente EP 0 179 275 A1 , DE 40 26 130 C2 und DE 1 514 016 A hingewiesen.
Grundsätzlich kann zur Erzeugung von Laserstrahlen, welche auf die Werkstücke, das heißt Bleche, gerichtet sind, pro Strahl ein gesonderter Laser vorgesehen sein. Ebenso ist die Teilung von Laserstrahlen möglich. In beiden Fällen ist es möglich, dass sich Strahlen, bevor sie auf die Werkstücke auftreffen, kreuzen.
Die Strahlschweißvorrichtung ist besonders zur Verarbeitung von Blechen geeignet, welche vom Coil abgewickelt werden, anschließend optional profiliert werden und erst nach dem Verschweißen in einzelne, jeweils mindestens einen Hohlraum aufweisende, gleichartige Abschnitte vereinzelt werden.
Im Fall des Verschweißens profilierter Bleche sind insbesondere Endprodukte herstellbar, die Hohlräume Form von Kanälen aufweisen. Die Kanäle können mit dem Strahlschweißverfahren fluiddicht begrenzt werden. Je nach gewünschter Gestaltung des Endprodukts können mit der Strahlschweißvorrichtung statt Schweißnähten auch einzelne Schweißpunkte gesetzt werden. Die miteinander zu verbindenden Bleche können entweder aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Auch die Materialstärke der miteinander zu verbindenden Bleche ist nicht notwendigerweise gleich. Die Schweißvorrichtung eignet sich sowohl zur Verarbeitung beschichteter Bleche als auch zur Verarbeitung unbeschichteter Bleche oder Bänder.
Im Fall der Verarbeitung beschichteter Bleche, aus denen Bipolarplatten gefertigt werden, sind die beschichteten Oberflächen vom Fügeprozess nicht betroffen. Nach dem Umformen der Bleche, vor dem Beschichten, ist lediglich eine Reinigung der Bleche erforderlich. Schweißschmauch, welcher beim Fügen entsteht, gelangt in die Kühlkanäle der Bipolarplatte und hat keinen Einfluss auf die Beschichtung. Schweißbuchten im Aktivfeld sind nicht erforderlich, wodurch der Gasfluss optimiert und damit die Effizienz der Bipolarplatte gesteigert werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren können mehr Schweißpunkte im Aktivfeld gesetzt werden, was zu einem besseren Stromfluss in der Bipolarplatte führt. Zudem wird durch den Entfall von Schweißbuchten der Strömungswiderstand von Kühlflüssigkeit in der Brennstoffzelle reduziert, was die Verlustleistung der Brennstoffzelle mindert.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine Produktionsanlage zum Verbinden zweier Bleche durch Strahlschweißen in einer schematisierten ausschnittsweisen Darstellung,
2 ein Detail der Anlage nach 1 in einer schematisierten Schnittdarstellung,
3 einen Ausschnitt aus der Anordnung nach 2,
4 in einer Darstellung analog 1 eine weitere Vorrichtung zum Verbinden zweier Bleche durch Strahlschweißen,
5 eine Walzenanordnung einer Strahlschweißanlage,
6 eine weitere Ausgestaltung einer Walzenanordnung einer Strahlschweißanlage,
7 optische Elemente einer Strahlschweißanlage einschließlich eines rotierenden optischen Elementes,
8 ein Walzenpaar einer Strahlschweißanlage sowie ein mit dem Walzenpaar synchronisiertes rotierendes optisches Element.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Produktionsanlage handelt es sich um eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Bleche 3, 4 durch Schweißen, nämlich Laserstrahlschweißen. Mit Hilfe der Produktionsanlage 1 werden aus Blechen 3, 4, die in nicht dargestellter Weise vom Coil abgerollt werden, in einem kontinuierlichen Verfahren Werkstücke 2 hergestellt. Bei den nach dem Durchlaufen der Produktionsanlage 1 vereinzelten Werkstücken 2 handelt es sich in den Ausführungsbeispielen um Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Was den prinzipiellen Aufbau und die Funktion von Bipolarplatten betrifft, wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen.
Kernkomponente der Produktionsanlage 1 ist eine Laserschweißvorrichtung 10, kurz auch als Schweißvorrichtung bezeichnet. Die Schweißvorrichtung 10 umfasst ein Paar Walzen 5, 6, zwischen welchen ein Spalt Sp gebildet ist, den die Bleche 3, 4 unter Bildung einer Schweißverbindung durchlaufen. Die Förderrichtung der Bleche 3, 4 ist mit FR bezeichnet. Im Spalt Sp liegen die Bleche 3, 4 unter Krafteinwirkung aufeinander. Die Schweißverbindungen sind in Form von Schweißnähten 7 herstellbar, welche zumindest in Einzelfällen eine geschlossene Kontur bilden, wobei eine durch eine Schweißnaht 7 gebildete geschlossene Ringkontur mit 13 bezeichnet ist.
Zum lokalen Erhitzen der Bleche 3, 4 wird mindestens ein Laser 8 verwendet, allgemein auch als Strahlungsquelle bezeichnet. Ferner umfasst die Schweißvorrichtung 10 mindestens ein optisches Element 9 zur Beeinflussung der mit LS bezeichneten Laserstrahlung. Die Strahlungsquelle 8 ist in Zusammenwirkung mit den eine Ablenkvorrichtung darstellenden optischen Elementen 9 dazu ausgebildet, den Laserstrahl LS nach Bedarf auszulenken, wobei ein Auftreffpunkt mit AP bezeichnet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 sind insgesamt drei Laser 8 vorhanden, wobei eine Ablenkvorrichtung 9 als optisches Element in 1 beispielhaft als Prisma symbolisiert ist. Verstellmöglichkeiten der einzelnen Laser 8 sind in 1 durch verschiedene, gerade und gekrümmte Pfeile angedeutet. Mit den Lasern 8 sind verschiedene Schweißnahtabschnitte 11, 12 erzeugbar, welche, wie in 1 veranschaulicht ist, teils in Förderrichtung FR, teils näherungsweise quer zur Förderrichtung FR verlaufen. Während die in Förderrichtung FR verlaufenden Schweißnahtabschnitte 11 keiner Veränderung der Ausrichtung des Laserstrahls LS bedürfen, ist zur Erzeugung der mit Hauptrichtung quer zur Förderrichtung FR verlaufenden Schweißnahtabschnitte 12 eine rasche Ablenkung des Auftreffpunktes AP in Längsrichtung der mit R5, R6 bezeichneten Rotationsachsen der Walzen 5, 6 erforderlich.
Würde im theoretischen Extremfall ein Schweißnahtabschnitt 12 exakt quer zur Förderrichtung FR verlaufen, so müsste der auf den Blechen 3, 4 wandernde Auftreffpunkt AP der Laserstrahlung LS eine Gerade beschreiben, welche parallel zu der Ebene, in welcher die Rotationsachsen R5, R6 liegen, angeordnet ist. Da dies nur bei einem Stillstand der Walzen 5, 6 erreichbar wäre, werden statt exakt quer zur Förderrichtung FR verlaufender Schweißnähte Schweißnahtabschnitte 12 hergestellt, welche gegenüber der Förderrichtung FR um einen Winkel β schräggestellt sind, der nicht mehr als 80° beträgt.
Das Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass Spiegel als optische Elemente 9 vorgesehen sind, wobei jeweils ein verstellbarer Spiegel 9 einem Laser 8 zugeordnet ist. Die Laserstrahlen LS werden, wie in 4 veranschaulicht ist, in einem flachen Winkel auf die jeweiligen Auftreffpunkte AP gelenkt, wobei sich die Laserstrahlen LS vor den Auftreffpunkten AP schneiden. Die an den Auftreffpunkten AP endenden Laserstrahlen LS schneiden sich in der Anordnung nach 4 in einer Ebene, die mit der Zeichenebene, das heißt der Ebene, in welcher das Werkstück 2 liegt, identisch ist. Die Linie, an welcher die Bleche 3, 4 im Spalt Sp miteinander in Kontakt kommen, ist mit KL bezeichnet. Der mit α bezeichnete Winkel, welcher der auf den Auftreffpunkt AP auftreffende Laserstrahl LS mit der Kontaktlinie KL einschließt, ist variabel und kann Werte von weniger als 30° annehmen.
Die 5 zeigt eine Variante eines Walzenpaares 5, 6, welches sich zur Bearbeitung ebener, das heißt nicht profilierter Bleche 3, 4 eignet. In diesem Fall sind Walzenoberflächen 14 der Walzen 5, 6 elastisch ausgebildet, insbesondere aus einem Elastomer. Der Umfang der Walzen 5, 6 ist im Fall von 5 geringer als die Länge des zu verschweißenden, in Förderrichtung zu messenden Bereichs des Werkstücks 2.
Das Walzenpaar 5, 6 nach 6 ist zum Einbau sowohl in die Produktionsanlage 1 nach 1 als auch in die Produktionsanlage 1 nach 4 geeignet. Im Unterschied zur Variante nach 5 weisen die Walzen 5, 6 gemäß 6 einen deutlich größeren Durchmesser auf, sodass eine Umdrehung der Walzen 5, 6 mindestens der Länge des zu verschweißenden Bereiches der Bleche 3, 4 entspricht. Wie aus 6 weiter hervorgeht, weisen die Walzen 5, 6 Profilierungen 15 auf, die an zuvor hergestellte Profilierungen der Bleche 3, 4 angepasst sind. Das damit hergestellte Werkstück 2 weist Hohlräume in Form von Strömungskanälen auf.
Die 7 und 8 zeigen Grundprinzipien optischer Elemente 9, welche in Zusammenwirkung mit beliebigen, anhand der 1 bis 6 erläuterten Walzenpaaren 5, 6 zum Einsatz kommen können. Sowohl in der Anordnung nach 7 als auch in der Anordnung nach 8 kommt ein rotierendes optisches Element 9 zum Einsatz, dessen Rotationsachse mit R9 bezeichnet ist. Das rotierende optische Element 9 weist Strahlbeeinflussungskonturen 16 auf, die längs des Umfangs des optischen Elementes 9 variieren. Die Drehzahl des optischen Elementes 9 ist derart auf die Drehzahl der Walzen 5, 6 abgestimmt, dass der Laserstrahl LS auf den gewünschten Auftreffpunkt AP gelenkt wird, wobei auch, wie in 7 angedeutet ist, eine Strahlteilung vorgesehen sein kann. In nicht dargestellter Weise ist zusätzlich zur Ablenkung von Laserstrahlen LS durch ein rotierendes optisches Element 9 auch eine Laserstrahllenkung durch ansteuerbare Spiegel möglich. In allen Fällen können je nach gewünschter Ausführung des Werkstücks 2 statt durchgehender Schweißnähte 7 auch einzelne Schweißpunkte gesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Produktionsanlage
2: Bipolarplatte, Werkstück
3: Blech
4: Blech
5: Walze
6: Walze
7: Schweißnaht
8: Strahlungsquelle, Laser
9: optisches Element, Ablenkvorrichtung
10: Laserschweißvorrichtung
11: Schweißnahtabschnitt
12: Schweißnahtabschnitt
13: Ringkontur
14: Walzenoberfläche
15: Profilierung
16: Strahlbeeinflussungskontur
α: Winkel
β: Winkel
AP: Auftreffpunkt
FR: Förderrichtung
KL: Kontaktlinie
LS: Laserstrahl
R5: Rotationsachse
R6: Rotationsachse
R9: Rotationsachse
Sp: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018219056 A1 [0002, 0003]
DE 102008036435 A1 [0003]
WO 9622855 A1 [0004]
JP 2004291090 A [0005]
JP 2018075596 A [0005]
CN 101823185 A [0006]
CN 102642307 A [0007]
DE 102018133676 A1 [0008]
US 4471204 A [0009]
DE 102004013374 A1 [0010]
EP 0179275 A1 [0020]
DE 4026130 C2 [0020]
DE 1514016 A [0020]

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Bleche (3, 4) durch Strahlschweißen, mit folgenden Schritten: - Zuführen von zwei Blechen (3, 4) zu einer Schweißvorrichtung (10), welche zwei Walzen (5, 6) umfasst, zwischen denen ein Spalt (Sp) gebildet ist, durch den die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden, miteinander zu verschweißenden Bleche (3, 4) gefördert werden, wobei die Breite der Walzen (5, 6) mindestens der Breite der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Bleche (3, 4) entspricht, - Richten eines einen Energieeintrag bewirkenden Strahls (LS) auf einen Zuführbereich der Bleche (3, 4) zu den Walzen (5, 6) derart, dass die unter Krafteinwirkung aufeinanderliegenden Bleche (3, 4) unter Bildung einer Schweißverbindung durch den Spalt (Sp) gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, dass - der die Bleche (3, 4) lokal erhitzende Strahl (LS) phasenweise derart ausgelenkt wird, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Auftreffpunkt (AP) des Strahls (LS) in Axialrichtung der Walzen (5, 6) verlagert, größer als die Fördergeschwindigkeit der Bleche (3, 4) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3, 4) mit Walzen (5, 6) verschweißt werden, deren Umfang mindestens der in Förderrichtung (FR) zu messenden Länge des zu verschweißenden Bereichs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3, 4) vom Coil abgewickelt, anschließend profiliert und erst nach dem Verschweißen in einzelne, jeweils mindestens einen Hohlraum aufweisende, gleichartige Abschnitte vereinzelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3, 4) mit mehreren simultan auf eine Einlaufzone vor den Walzen (5, 6) gerichteten Strahlen (LS) lokal erhitzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Strahlen (LS) mit einer Ebene, in welcher die Rotationsachsen (R5, R6) der Walzen (5, 6) liegen, wenigstens zeitweise einen Winkel (α) von weniger als 30° einschließt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere Strahlen (LS) kreuzen.
Vorrichtung zum Verbinden zweier Bleche (3, 4) durch Strahlschweißen, umfassend - eine Schweißvorrichtung (10), welche zwei Walzen (5, 6) aufweist, zwischen denen die Bleche (3, 4) unter Krafteinwirkung förderbar sind, wobei die Breite der Walzen mindestens der Breite der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Bleche (3, 4) entspricht, wobei - mindestens eine Strahlungsquelle (8) vorgesehen ist, welche zur Emission eines Strahls (LS), die die Bleche (3, 4) zumindest punktuell erhitzt, ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Ablenkvorrichtung (9), welche dazu ausgebildet ist, den Strahl (LS) zumindest phasenweise derart auszulenken, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Auftreffpunktes (AP) des Strahls (LS) in Axialrichtung der Walzen (5, 6) verlagert, die Fördergeschwindigkeit der Bleche (3, 4) übertrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (5, 6) eine elastische Oberfläche (14) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (5, 6) eine Profilierung (15) ihrer Oberfläche (14) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (8) ein Laser vorgesehen ist, wobei die Ablenkvorrichtung ein rotierendes, mit den Walzen (5, 6) synchronisiertes optisches Element (9) umfasst.