DE19501866C2 - Vorrichtung zum Verbinden von Blechbauteilen mittels Schweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Blechbauteilen mittels Schweißen, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen, wobei die Schweißvorrichtung mit einem an die unmittelbare Schweißstelle angrenzenden und auf eines der Bauteile einwirkenden Andrückelement ausgestattet ist.

Schweißvorrichtungen der eingangs geschilderten Art sind im Stand der Technik bekannt (Gebrauchsmuster, DE 89 00 556 U1, US-A 5 194 710, DE 34 07 770 C2 sowie die ältere Patentanmeldung DE 44 15 035 A1 der Anmelderin).

Das vorstehend erwähnte Gebrauchsmuster DE 89 00 556 U1 betrifft eine Vorrichtung, mit der zwei miteinander zu verbindende, überlappende Bleche im Bereich der Schweißstelle gegeneinander gepresst und durch eine synchron mitgeführte Lasereinrichtung verschweißt werden. Die Andrückeinrichtung ist im Anpressbereich mit Rollen versehen und zusammen mit einer Laserstrahl-Fokussiereinrichtung an einer gemeinsamen Trägereinheit befestigt. Durch die rollend unmittelbar neben der Schweißstelle aufgebrachte Presskraft soll während des Schweißvorganges der erforderliche Spaltabstand zwischen den zu verschweißenden Blechen eingehalten werden.

Das erwähnte US-Patent US-A 5 194 710 beschreibt eine Vorrichtung, welche zum Andrücken eines Anschlussdrahtes sowie zum Abdecken eines Substrates während eines Bondvorganges verwendet wird. Das Andrückelement weist eine rechteckförmige Andrückfläche auf, welche über eine Rille verfügt, in die der Laserstrahl für den Bondvorgang eingestrahlt wird.

Die DE 34 07 770 C2 befasst sich mit einem Verfahren zum Verschweißen von Blechflanschen mittels Laserstrahl und mit einer dazu entsprechend geeigneten Vorrichtung, wobei die Blechflansche angrenzend an die für die Schweißnaht vorgesehene Stelle mittels Auflage und Niederhalter derart zusammengedrückt werden, dass sich eine spaltfreie Auflage der Blechflansche aufeinander ergibt.

Die eingangs schließlich noch zitierte ältere Patentanmeldung DE 44 15 035 A1 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen von Blechverbindungen durch Nahtschweißen mittels Laserstrahl, wobei angrenzend an die unmittelbare Schweißstelle dem Laserstrahl ein auf eines der Bleche einwirkendes Andrückelement zugeordnet ist, welches als stiftförmiger Niederhalter ausgebildet ist, der in Richtung der herzustellenden Schweißnaht dem Laserstrahl vor- oder nachgelagert ist. Der Niederhalter besitzt darüber hinaus eine Einrichtung zur Zufuhr von Schutzgas für den Schweißprozess.

Das Laserstrahlschweißen unter Verwendung von Festkörper- oder Gaslaser gewinnt, insbesondere in der Automobiltechnik, immer größere Bedeutung. Um allerdings die Vorteile dieses Schweißverfahrens optimal nutzen zu können und ein entsprechendes Arbeitsergebnis zu erhalten, ist es gerade hier erforderlich, daß z. B. der Spalt zwischen zwei im Überlappstoß miteinander zu verbindenden Blechen nur ein Bruchteil (bis ca. 0,25) der Blechdicke beträgt. Diese geringen Fertigungstoleranzen lassen sich jedoch in der Regel beim Herstellungsprozeß (z. B. Tiefziehen) der Blechteile nicht erreichen, so daß die Ungleichmäßigkeiten und Ungenauigkeiten in der Blechkontur die geforderten Toleranzen überschreiten.

Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, schlägt der eingangs zitierte Stand der Technik, wie erwähnt, verschiedenerlei ausgestaltete Andrückelemente (eine oder mehrere Rollen, rechteckförmiges Andrückelement, gelenkartiger Halter mit zugeordnetem Niederhalter, stiftförmiges Andruckpin) vor, die dem Zweck dienen, die miteinander zu verbindenden Bleche im unmittelbaren Bereich der Schweißstelle gegeneinander zu pressen.

Die konstruktive Ausgestaltung dieser Andrückelemente im einzelnen muß stets verschiedenerlei Kriterien Rechnung tragen. So sind gerade im Fahr­ zeug-Karosseriebau häufig Schweißnähte bzw. Schweißpunkte an ausgesprochen unzugänglichen Stellen herzustellen. Desweiteren werden Ausfüh­ rung und Anordnung des Andrückelements im wesentlichen vom Schweiß­ verfahren selbst mitbestimmt, nämlich dahingehend, ob Schweißnähte oder einzelne Schweißpunkte herzustellen sind.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schweißvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß deren Flexibilität erhöht, d. h. deren Anwendungsmöglichkeiten ohne großen Aufwand erweitert werden können.

Ausgehend von einer Schweißvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist die erfindungsgemäße Lösung in den kenn­ zeichnenden Merkmalen dieses Patentanspruches zu sehen.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor. Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung nachstehend erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit Laser-Fokussiereinheit und dieser zugeordnetem Andruckelement und

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Andruckelement.

In Fig. 1 ist lediglich der hier interessierende Bereich einer Laserstrahlschweißvorrichtung 1 gezeigt; die übrigen Vorrichtungsbestandteile können wie im Stand der Technik bekannt, beispielsweise also gemäß der älteren Patentanmeldung DE 44 15 035 A1, ausgeführt sein, ggf. auch eine x-y-Lineareinheit aufweisen.

Die Darstellungen nach den Fig. 1 und 2 zeigen in der Zusammenschau ei­ nen Endabschnitt einer Laserstrahlfokussierung 2 mit daraus austretendem und auf eine Verbindungsstelle (Schweißstelle) zweier zu verbindender Blechbauteile 3, 4 gerichteten Laserstrahl 5. Ein als abgewinkelter Stab ausgebildeter Träger 6 für ein endseitig angesetztes stiftförmiges Andruckpin 7 mit einer kegelig zulaufenden Pinspitze 8 ist mit der Laserstrahlfokussierung 2 auf an sich bekannte Weise bewegungsmäßig gekoppelt. Ein solchermaßen ausgeführtes Andruckelement ist beispielsweise dann besonders geeignet, wenn eine Schweißnaht hergestellt werden soll und das Andruckpin 7 dem Laserstrahl 5 in Richtung der herzustellenden Schweißnaht vorauseilend die zu verbindenden Blechbauteile 3, 4 mit der notwendigen Andruckkraft zusammenpreßt. Die dabei über das gegenüberliegende Blechbauteil 4 aufzubringende Gegenkraft kann ohne weiteres durch das betreffende Blechbauteil 4 selbst aufgebracht werden, wenn es beispielsweise Bestandteil einer einigermaßen steifen Struktur (z. B. bereits geschweißter Rahmen oder zusam­ mengesetztes Profilteil) ist. Ansonsten genügt ein entsprechend dimensio­ nierter Auflagerahmen für dieses Blechbauteil 4. Ein solcher ist hier aber der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Der mittels angeschweißtem (Schweißstelle 9) Bügel 10 versteifte stabför­ mige Träger 6 sowie auch das Andruckpin 7 dienen gleichzeitig dem Zufüh­ ren von Schutzgas (z. B. Argon, Helium oder ein Gemisch aus beiden) für den Schweißprozeß. Zu diesem Zweck weist der Träger 6 entsprechende Durchflußbohrungen 12, 13 auf, die in eine weitere Bohrung 14 im An­ druckpin 7 übergehen. Ein zentrischer (auf die Längsachse 11 bezogen) An­ schlußzapfen 15 ragt in eine entsprechende, ebenfalls zentrische Ausneh­ mung 16 im stabförmigen Träger 6 hinein und sorgt so für die exakte Posi­ tionierung des Andruckpins 7. Letzteres ist schließlich mittels Überwurfmut­ ter 17, welche mit einem trägerseitigen Gewinde 18 zusammenwirkt, fest mit dem stabförmigen Träger 6 verbunden.

Sollen die beiden Blechbauteile 3, 4 anstatt mit einer Schweißnaht nunmehr über einzelne Schweißpunkte oder eine Pickernaht miteinander verbunden werden oder machen anderweitige Umstände bzgl. der konstruktiven Gegebenheiten der zu verbindenden Blechbauteile 3, 4 eine anders gestaltete (also nicht mehr die kegelige Pinspitze 8) Andruckfläche eines Andruckelementes erforderlich, so bietet die Erfindung hier eine ausgesprochen rasche Anpaßbarkeit durch Verwendung des beispielsweise in den Fig. 1 und 2 in zwei Ansichten gezeigten Druckstückes 19.

Dieses weist gegenüber der kegeligen Pinspitze 8 eine wesentlich größere, rechteckförmige Andruckfläche 20 auf und besitzt darüberhinaus im vorde­ ren Bereich eine etwa halbkreisförmige Ausnehmung 22 für den Durchtritt des Laserstrahls 5. Das Druckstück 19 ist desweiteren mit einer entsprechend der Abwinkelung des Trägers 6 bzw. des Andruckpins 7 schräg gerichteten und bis zur Ausnehmung 22 reichenden Aufnahmebohrung 23 für das Andruckpin 7 ausgestattet. Von dieser Aufnahmebohrung 23 ausgehend nach hinten verlaufend ist das Druckstück 19 mit einem es teilenden Schlitz 24 ausgestattet, so daß es über eine quergerichtete Spannschraube 25 (Aufnahmeöffnung 26 und Gewinde­ bohrung 27 in den beiden Druckstückenden 28, 29) über die Aufnahmebohrung 23 mit dem Andruckpin 7 kraftschlüssig (Klemmung) verbunden werden kann.

Es versteht sich und liegt im Rahmen der Erfindung, daß anstatt des gezeig­ ten Druckstückes 19 ein beliebig anderes mit insbesondere anders gestalte­ ter Andruckfläche an das Andruckpin 7 ansetzbar ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Verbinden von Blechbauteilen mittels Schweißen, insbe­ sondere mittels Laserstrahlschweißen, wobei die Schweißvorrichtung mit einem an die unmittelbare Schweißstelle angrenzenden und auf eines der Bauteile einwirkenden Andrückelement ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Andrückelement (19) als mit einem bereits an der Schweißvorrichtung (1) befestigten ersten Andrückelement (7) verbindbares und statt diesem auf die Blechbauteile (3, 4) einwirkendes weiteres Andrückelement mit gegenüber dem ersten Andrückelement (7) anders gestalteter Bauteil-Kontaktfläche (20) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Andrückelement als stiftförmiges Andruckpin (7) ausgebildet ist, während das zweite Andrückelement ein Druckstück (19) mit rechteckförmiger Andruckfläche (20) ist, welches über eine Aufnahmebohrung (23) für eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Andruckpin (7) verfügt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (19) im vorderen Bereich über eine etwa halbkreisförmige Ausnehmung (22) für den Durchtritt des Laserstrahls (5) verfügt, während von der im mittleren Bereich angeordneten Aufnahmebohrung (23) ausgehend nach hinten verlaufend ein das Druckstück (19) teilender Schlitz vorhanden ist und in die dadurch gebildeten Druckstückenden (28, 29) eine quergerichtete Spannschraube (25) eingreift.