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Die Erfindung betrifft ein Spannwerkzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff der Hauptansprüche.
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Derartige Spannwerkzeuge sind aus der Praxis bekannt. Sie weisen zwei oder mehr backenförmige Spannelemente auf, die gegeneinander mit einem Antrieb oder auf andere Weise angepresst werden können, wobei sie ein oder mehrere Werkstücke zwischen sich einspannen. Die Werkstücke können als dünnwandige Blechteile mit einer schützenden Oberflächenbeschichtung, z. B. einer Zinkschicht, ausgebildet sein. Derartige Werkstücke haben z. B. randseitige Flansche, an denen sie verschweißt werden. Dies kann mit einem Laserstrahl geschehen. Bei derartigen thermischen Schweißprozessen kann die Oberflächenbeschichtung verdampfen.
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Die
US 4,682,002 A befasst sich mit dem Problem der beim Laserschweißen leicht flüchtigen und die Schweißqualität beeinträchtigenden Oberflächenbeschichtung der Bleche und schlägt zur Behebung eine Spaltbildung zwischen den Blechen vor, die ein Ausgasen der Beschichtung ermöglicht. Spalte können durch Blechverformungen oder Abstandshalter zwischen den Blechen erzeugt werden.
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Auch die
DE 199 32 415 C1 sieht eine solche Spaltbildung durch Blechverformungen oder durch schräge Anstellung der zu verschweißenden Bleche vor.
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Die
DE 100 31 377 A1 schlägt für eine Spaltbildung zum Laserschweißen beschichteter Bleche vor, eines der Bleche durch Laserbiegenähte und dadurch erzeugte Spannungen zu wölben.
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Die
DE 102 04 474 A1 offenbart eine Spannvorrichtung zum Laserschweißen beschichteter Bleche, die im Schweißbereich eine ebene Form mit Aussparungen aufweisen. Für eine Spaltbildung zwischen den Blechen weist eine Spannbacke einen vorstehenden Abstandshalter auf, der durch eine solche Aussparung greift und in Spannstellung am Gegenblech anliegt.
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Die
DE 10 2004 013 374 A1 zeigt eine ähnliche Spannvorrichtung mit Spannbacken nebst Abstandshaltern, die durch Ausnehmungen in einem der zu verschweißenden Bleche greifen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spanntechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die beanspruchte Spanntechnik eignet sich besonders gut für Werkstücke mit einer Oberflächenbeschichtung, die bei einem thermischen Bearbeitungsprozess, insbesondere einem Laserschweißprozess, verdampfen kann. Zum einen kann von dem Spannwerkzeug ein definierter Abstand bzw. eine Spaltweite zwischen den gespannten Werkstücken eingestellt werden. Ein definierter Spalt ist einerseits zum Schweißen mit einem energiereichen Strahl, insbesondere einem Laserstrahl, günstig.
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Andererseits erlaubt ein zum Werkstückrand hin offener Spalt ein Entweichen des verdampften Oberflächenmaterials. Das ungehinderte Entweichen ist günstig für die Schweißqualität. Die Dämpfe oder Gase können aus der Schmelze entweichen, wobei Porenbildung und Lunker vermieden werden können.
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Die beanspruchte Schweißtechnik eignet sich besonders für Werkstücke bzw. Werkstückpaarungen, von denen mindestens ein Werkstück an der vorgesehenen Schweißstelle eine Wölbung aufweist und für eine Distanzierung und Spaltbildung sorgt. Eine solche Wölbung kann z. B. die Form einer eingeprägten Sicke haben, die sich zum Werkstückrand hin öffnet und in Gegenrichtung schräg in die Werkstückoberfläche ausläuft. Das beanspruchte Spannwerkzeug kann mit seinem profilierten Anlagebereich zum einen die Werkstücke seitlich neben der Sicke fest zusammenspannen und andererseits die Wölbung oder Sicke an einer vorgegebenen Stelle um ein definiertes Maß niederdrücken und verformen, wodurch unter diesem Drückbereich die gewünschte Spaltweite bzw. der Abstand zwischen den Werkstücken mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann. Hierbei können auch etwaige Formfehler einer Sicke kompensiert werden, die z. B. auf Toleranzen, Form- und Materialabweichungen, Rückfedern beim Sickenprägen oder dgl. beruhen. Eine präzise Einstellung ist für das Laserschweißen und die Schweißqualität vorteilhaft.
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Ein Spannelement, insbesondere ein Niederhalter, mit einem gabelförmigen Korpus und einem profilierten Anlagebereich mit Stütz- und Drückbereichen an der zum Werkstück weisenden Kontaktseite bietet weitere Vorteile für die Schweißtechnik. Der gabelförmigen Korpus kann eine oder mehrere Sicken mit ggf. enger Anpassung seitlich umgreifen und in Querrichtung überbrücken sowie niederdrücken. Die Öffnungsweite der Gabelarme und ggf. auch die Sickenbreite kann an die vorgesehene Schweißstelle angepasst sein. Zwischen den Gabelarmen oder Stützarmen ergibt sich ein Freiraum, in dem ein energiereicher Strahl, insbesondere ein Laserstrahl, einen oder mehrere Schweißpunkte oder einen oder mehrere Nahtabschnitte einer Schweißnaht setzen kann. Die Öffnungsweite des Freiraums kann an die vorgesehene Nahtabschnittslänge angepasst werden. Wenn eine Steppnaht gewünscht wird, können mehrere Spannwerkzeuge der beanspruchten Art in Nahtrichtung hintereinander mit entsprechendem Abstand angeordnet werden.
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Bei Steppnähten oder anderen Schweißbahnen zeigt sich ein besonderer Vorteil der beanspruchten Spanntechnik. Die Schweißung kann im gespannten Werkstückbereich mit der vorerwähnten definierten Spaltbildung vorgenommen werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber früheren Spannkonzepten aus der Praxis, die eine Mehrfachanordnung von Spannern in der Art eines sog. Spannerklaviers vorsahen, wobei Schweißungen nur in den Bereichen zwischen den Spannstellen bzw. Spannern stattfinden konnten oder alternativ Spanner abwechselnd zur Bildung einer Schweißstelle in ihrem Spannbereich geöffnet und nach dem Schweißen wieder geschlossen werden mussten. In allen diesen Fällen war im Schweißbereich der Werkstücke keine definierte Spannstellung gegeben. Etwaige Toleranzen oder Verformungen der Werkstücke in diesem ungespannten Bereich konnten die Schweißqualität beeinträchtigen.
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Die beanspruchte Spanntechnik hat auch Vorteile für andere Werkstückkonfigurationen. Sie kann ihre Vorzüge vor allem in einer Bearbeitungsstation zum Strahlschweißen, insbesondere Laserschweißen, und im Zusammenwirken mit einer mehrachsig beweglichen Handhabungseinrichtung mit einem Strahlschweißwerkzeug, insbesondere Laserschweißwerkzeug, ausspielen.
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Im Rahmen der Spann- und Bearbeitungstechnik und einer Bauteilvorbereitung ist ferner ein Prägewerkzeug von Vorteil, welches manuell oder maschinell betätigt werden kann und die vorgenannten Wölbungen oder Sicken an den vorgesehenen Stellen eines Werkstücks einbringen kann.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: ein Spannwerkzeug in perspektivischer Ansicht,
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2 bis 4: das Spannwerkzeug von 1 in Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht,
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5: eine abgebrochene und vergroßerte perspektivische Darstellung eines Spannelements des Spannwerkzeugs mit einem profilierten Anlagebereich,
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6: eine perspektivische Ansicht einer Werkstuckpaarung mit einer Sicke in einem Werkstuck,
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7: eine zentral geschnittene Seitenansicht der Spannelemente von 5 zusammen mit einer Werkstuckpaarung an einer Sicke,
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8: eine Draufsicht auf das Spannwerkzeug von 5 und 7,
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9 bis 11: ein Pragewerkzeug zur Sickenbildung in verschiedenen Ansichten und
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12: eine Bearbeitungsstation mit einer Spanneinrichtung mit mehreren Spannwerkzeugen.
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Die Erfindung betrifft ein Spannwerkzeug (2) zum Spannen von einem oder mehreren Werkstucken (3, 4). Die Erfindung betrifft ferner eine Spanneinrichtung (1) mit ein oder mehreren Spannwerkzeugen (2) sowie eine Bearbeitungsstation (32) mit einer Spanneinrichtung (1).
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Die Erfindung befasst sich ferner mit einem Verfahren zum Bearbeiten und Spannen von Werkstucken (3, 4).
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Ein Spannwerkzeug (2) ist in 1 bis 4 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Spannwerkzeug (2) ist Bestandteil einer Spanneinrichtung (1), die mehrere solcher Spannwerkzeuge (2) aufweisen kann, wobei in der in 3 und 4 dargestellten Weise mehrere Spannwerkzeuge (2) mit engem Abstand nebeneinander angeordnet sein konnen und gemeinsam an dem oder den Werkstücken (3, 4) angreifen. 12 zeigt eine Bearbeitungsstation (32) mit einer solchen Spanneinrichtung (1) und einer Handhabungseinrichtung (33) mit einem Schweißwerkzeug (34), insbesondere einem Strahlschweißwerkzeug.
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In den gezeigten Ausfuhrungsformen handelt es sich z. B. um Karosseriebauteile, insbesondere dünnwandige Blechbauteile, aus Metall, die an einer oder mehreren Seiten eine Oberflächenbeschichtung zum Korrosionsschutz, insbesondere eine Zinkschicht, aufweisen können. Die Werkstucke (3, 4) können z. B. gemäß 12 seitlich abstehende Flansche zur gegenseitigen Befestigung aufweisen. In einer anderen Variante konnen zumindest bereichsweise plattenformige Werkstucke (3, 4) aufeinander liegen und verbunden werden.
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Die Werkstückverbindung erfolgt z. B. durch Schweißen, insbesondere durch Schweißen mit einem energiereichen Strahl (8), der ggf. auch mehrfach vorhanden sein kann. Dies kann im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Laserstrahl sein, kann alternativ aber auch ein Plasmastrahl oder ein beliebig anderer energiereicher Strahl sein. In den gezeigten Ausfuhrungsbeispielen werden zwei aufeinander oder aneinander liegende Werkstücke (3, 4) miteinander verschweißt.
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Die Schweißstelle (9) kann ein einzelner Punkt, eine gerade oder gekrummte Schweißnaht oder dgl. sein. Insbesondere kann eine Steppnaht mit mehreren im Nahtverlauf sich erstreckenden und gegenseitig beabstandeten Nahtabschnitten (9) sein. In einer weiteren Abwandlung kann die Schweißstelle (9) mindestens einen Nahtabschnitt in Kreisform, Spiralform, C-Form oder dgl. aufweisen.
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Die Werkstücke (3, 4) können vor dem Schweißen einer Bauteilvorbereitung unterzogen werden, die Bestandteil der Erfindung sein kann. Hierbei wird in mindestens ein Werkstuck (3) mindestens eine Wolbung (6) eingeformt, wobei im Wölbungsbereich die Werkstücke (3, 4) unter Bildung eines Spalts (7) voneinander distanziert werden. 6 zeigt diese Anordnung. Das andere Werkstuck (4) kann an der Wölbungsstelle eben sein oder ebenfalls eine Wölbung aufweisen. Die Wölbung (6) ist z. B. als eingeformte, insbesondere eingepragte, Sicke im Blech ausgebildet. Hierfür kann das in 9 bis 11 gezeigte und nachfolgend näher beschriebene Prägewerkzeug (25) eingesetzt werden. Die Wolbung oder Sicke (6) ist am Werkstuckrand (5) angeordnet, wobei der hierdurch gebildete Spalt (7) sich von der Werkstückinnenseite zum Rand (5) hin öffnet. Die Wölbung oder Sicke (6) hat bevorzugt einen ebenen Dachbereich, der vom Werkstückrand (5) ausgehend sich zur Werkstückinnenseite abfallend erstreckt und dort in die normale Werkstückoberfläche ubergeht. Die Wolbung oder Sicke (6) hat in der Seitenansicht eine Keilform, wobei sich der Spalt (7) vom Rand (5) ausgehend immer weiter verengt.
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Eine Schweißstelle (9) befindet sich im etwa mittleren Längsbereich der Sicke (6). Hier kann durch das nachfolgend beschriebene Spannwerkzeug (2) eine definierte Spaltweite (s) bzw. ein Abstand zwischen den Werkstücken (3, 4) gebildet werden, der z. B. eine zum Strahlschweißen, insbesondere Laserschweißen, gunstige Große aufweist. Beim Laserschweißen mit dem im wesentlichen normal auf den Sickendachbereich gerichteten Laserstrahl (8) kann eine kleine Spaltweite (s) von z. B. 0,1 mm oder kleiner, z. B. zwischen 0,05 mm und 0,1 mm günstig sein.
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Die Sicke (6) wird zur Spaltdefinition mit dem Spannwerkzeug (2) aus ihrer Ursprungsform verformt und im Dachbereich eingedrückt. 7 zeigt dies in einer bereichsweise zentral geschnittenen Seitenansicht. Der Laserstrahl (8) durchdringt an der Schweißstelle (9) das vordere oder obere Blech (3) und schmilzt in diesem Spaltbereich beide Bleche oder Werkstücke (3, 4) zur Bildung einer Schweißnaht auf. Durch die Erwarmung schmelzen oder verdampfen evtl. Oberflachenbeschichtungen des oder der Werkstucke (3, 4). Die entstehenden Gase oder Dampfe konnen durch den Spalt (7) zum Werkstückrand (5) hin austreten und den Schweißbereich ohne Storung verlassen.
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Das in 1 bis 4 gezeigte Spannwerkzeug (2) besteht aus einem Gestell (10), das z. B. als Ständer ausgebildet ist und das eine starre oder verstellbare Form haben kann. Am Gestell (10) sind zwei oder mehr Spannelemente (12, 13) relativ zueinander beweglich angeordnet, die in Spannstellung an dem oder den Werkstücken (3, 4) beidseits anliegen und diese zusammenpressen. Eine solche Spannstelle ist bevorzugt im Bereich einer Sicke oder Wölbung (6) angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist das untere Spannelement (13) gestellfest angeordnet und als Gegenhalter ausgebildet. Das obere Spannelement (12) ist beweglich, insbesondere mittels eines Armes (16) schwenkbar, am Gestell (10) gelagert. Für die Schwenkbewegung kann ein Antrieb (11), z. B. ein schaltbarer und ggf. steuerbarer Zylinder, am Gestell (10) angeordnet sein. Das bewegliche obere Spannelement (12) ist z. B. als Niederhalter ausgebildet, der im Sickenbereich an dem betreffenden Werkstuck (3) angreift. Die Spannelemente (12, 13) können verstellbar, z. B. mit Langlochführung, Schrauben und Passscheiben bzw. Shims, am Gestell (10) angeordnet sein. Sie lassen sich in ihrer Position an die Ist-Form des oder der Werkstucke (3, 4) anpassen und bei Bedarf, insbesondere bei einem Werkstuckwechsel, auch austauschen. Wie 12 verdeutlicht, ist das Gestell (10) seinerseits auf einem Werkzeugtrager (31), z. B. einem Spanntisch, angeordnet. Das Gestell (10) kann ebenfalls in seiner Position und ggf. auch in seiner Geometrie zur Werkstückanpassung verstellt werden.
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5, 7 und 8 verdeutlichen die Ausbildung der Spannelemente (12, 13). Bei der gezeigten Werkstück- und Spannkonfiguration hat der untere Gegenhalter (13) eine Auflage (15) zur Abstützung der Werkstücke (3, 4) von unten. Das untere Werkstück (4) ist im Spannbereich z. B. eben ausgebildet, wobei die Auflage (15) eine ebenfalls ebene Anlagefläche (14) aufweist. Die Anlagefläche (14) kann einteilig oder mehrteilig sein, wobei sie z. B. in der gezeigten Ausführungsform durch eine langslaufende Rinne stellenweise unterbrochen ist.
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Das andere bewegliche Spannelement (12) weist einen profilierten Anlagebereich (17) für die Anlage und den Spannkontakt mit dem hiervon beaufschlagten Werkstück (3) auf. Der profilierte Anlagebereich (17) kann an die Lage und Form einer Sicke (6) angepasst sein. Er weist einen Stützbereich (18) und einen daneben angeordneten Drückbereich (19) auf. Zwischen dem Stütz- und Drückbereich (18, 19) besteht ein Höhenversatz (h), der bevorzugt stufenformig ausgebildet ist. In Spann- und Zustellrichtung gesehen liegt der Druckbereich (19) oberhalb des Stutzbereichs (18). Damit ist der Abstand zwischen dem Druckbereich (19) und der Anlageflache (14) bzw. Auflage (15) großer als der Abstand zwischen dem Stutzbereich (18) und der Anlageflache (14) bzw. Auflage (15).
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Der Stutzbereich (18) ist zum Andrucken eines oder mehrerer aufeinander liegender Werkstücke (3) neben einer Sicke (6) vorgesehen und angeordnet. Der Drückbereich (19) ist zum stellenweisen Niederdrücken einer erhabenen Sicke (6) vorgesehen und angeordnet, wobei durch die Einwirkung des Drückbereichs (19) der Dachbereich der Sicke (6) verformt und die Spaltweite (s) in der vorbeschriebenen Weise eingestellt wird. 7 zeigt in geschnittener, schraffierter Darstellung und mit durchgezogenen Linien den vom Drückbereich (19) verformten Sickendachbereich, wobei mit einer strichpunktierten Linie der ursprüngliche unverformte Verlauf der Dachoberfläche der Sicke (6) angedeutet ist.
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Der Stützbereich (18) und der Drückbereich (19) sind in der gezeigten Ausführungsform als ebene Flächen an der Unterseite bzw. Kontaktseite des Spannelements (12) ausgebildet. Sie konnen alternativ gewolbt sein.
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Wie 5 und 8 verdeutlichen, sind der Stützbereich (18) und der Drückbereich (19) quer und rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Sie können dabei in der Draufsicht die gezeigte U-Form mit zwei beidseits und längs der Sicke (6) verlaufenden Stützbereichen (18) und einem quer zur Sicke (6) ausgerichteten Drückbereich (19) haben. Alternativ können die Bereiche (18, 19) schräg zueinander ausgerichtet sein. Ferner ist eine L-förmige Anordnung mit nur einem Stützbereich (18) und einem Druckbereich (19) moglich.
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Das Spannelement (12) liegt mit dem oder den Stutzbereichen (18) neben der Sicke (6) an dem dort bevorzugt ebenen Werkstückbereich auf, wobei hier die Werkstucke (3, 4) im wesentlichen spaltfrei und mit flachigem Kontakt unter Mitwirkung der Auflage (15) zusammengepresst werden. Die Sicke (6) wird hierdurch beidseits eingespannt. Der quer oder schrag liegende Druckbereich (19) wirkt auf den mittleren und noch erhabenen Sickenbereich (6) ein und verformt diesen in der vorerwähnten Weise.
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Der Drückbereich (19) beginnt zumindest an dem genannten mittleren Sickenbereich (6). Der Drückbereich (19) kann je nach seiner Breite und seiner Erstreckung in Sickenlängsrichtung auch bis zum erhabenen Sickenende, insbesondere am Werkstückrand (5), reichen und auch diesen Sickenbereich niederdrücken. Er kann auch vor dem Rand (5) enden.
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Die gewünschte Spaltweite (s) wird durch den Hohenversatz (h) der Stütz- und Drückbereiche (18, 19) eingestellt. Der Höhenversatz (h) ist dabei kleiner als die Spaltweite an der freien Spaltoffnung am Werkstückrand (5). Die gewunschte Spaltweite (s), insbesondere an der Schweißstelle (9), wird durch bewusste Verformung des Dachbereichs der Wolbung oder Sicke (6) eingestellt. Die Verformungsstelle ist benachbart und vom Rand (5) aus gesehen hinter der Schweißstelle (9) angeordnet. Bei einer ebenen Sickendachform und einem ebenen Drückbereich (19) kann die Spaltweite (s) im mittleren Sickenbereich mit Ausnahme der Übergangsstelle zu den seitlichen Sickenwänden im wesentlichen kontant sein.
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Wie 7 verdeutlicht, weist der Drückbereich (19) gegenuber dem vorderen Ende des Stützbereichs (18) bzw. dem Werkstückrand (5) einen Ruckversatz (r) auf. Dieser ist kurzer als die Sickenlange, sodass sich der Druckbereich (19) in einem mittleren Bereich der Sickenlängserstreckung befindet. Hierbei wird gemäß 5 und 8 ein Freiraum (24) zwischen den Stutz- und Druckbereichen (18, 19) gebildet, in dem der Sickendachbereich offen liegt und in dem die Schweißstelle (9) liegt.
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Das Spannelement (12) weist einen Korpus (23) auf, der eine abgewinkelte und insbesondere gabelformige Gestalt besitzt. Die Gabelarme werden in der gezeigten Ausführungsform von mehreren, z. B. zwei, vorspringenden Stützfüßen (20) gebildet, die an der Unterseite bzw. Kontaktseite den Stützbereich (18) aufweisen. Wie 5 und 7 verdeutlichen, kann an dieser Fußseite neben dem Stützbereich bzw. der Stützfläche (18) eine längs laufende Ausnehmung angeordnet sein, die z. B. als gerundete Kehle ausgebildet ist, deren Öffnung zum Freiraum (24) und zur Elementinnenseite weist. Die Ausnehmung (22) kann ein Freischnitt sein. Sie kann alternativ an die Sickenform und insbesondere die Außenform der benachbarten Sickenseitenwand, angepasst sein und diese zumindest bereichsweise mit Formschluss übergreifen.
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Der Gabelboden wird von einem Drückelement (21), insbesondere einem Querbalken, gebildet, der an der Unterseite bzw. Kontaktseite den besagten Druckbereich bzw. die Druckflache (19) aufweist. In der gezeigten Ausfuhrungsform haben der oder die Stutzfuße (20) und das Drückelement (21) und ihre zugehorigen Bereiche (18, 19) eine gerade Ausrichtung.
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Gemäß 3, 4 und 12 können mehrere Spannwerkzeuge (2) verteilt am Spannbereich des oder der Werkstücke (3, 4) angeordnet sein. Hierbei konnen mehrere Spannwerkzeuge (2) eng benachbart nebeneinander angeordnet sein und die Werkstucke (3, 4) jeweils an einem Sickenbereich (6) spannen. Durch die auf den Sicken (6) befindlichen Schweißstellen (9) wird dabei eine Steppnaht gebildet.
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Mehrere Spannwerkzeuge (2) bilden miteinander eine in 12 beispielhaft gezeigte Spanneinrichtung (1) auf einem Spanntisch (31) oder einem anderen geeigneten Untergrund. Zum Schweißen wird eine mehrachsig bewegliche und programmierbare Handhabungseinrichtung (33) eingesetzt, die ein Schweißwerkzeug (34) führt.
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Die Handhabungseinrichtung (33) kann als mehrachsiger Manipulator oder Roboter ausgebildet sein, wobei im Ausfuhrungsbeispiel ein Gelenkarmroboter mit fünf, sechs oder mehr rotatorischen Achsen dargestellt ist. Alternativ kann die Handhabungseinrichtung (33) zwei, drei oder eine andere Zahl von Achsen haben. Die Achskonfiguration kann beliebig aus rotatorischen und/oder translatorischen Achsen bestehen. Insbesondere kann auch ein Linearachsenroboter zum Einsatz kommen. Die Handhabungseinrichtung (33) ist mit einer programmierbaren Steuerung versehen, an die ggf. auch das Schweißwerkzeug (34), die Spanneinrichtung (1) und die Antriebe (11) der Spannwerkzeuge (2) angeschlossen sind.
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Das Schweißwerkzeug (34) ist als Strahlschweißwerkzeug, insbesondere als Laserschweißwerkzeug, ausgebildet und emittiert mindestens einen energiereichen Strahl (8), insbesondere einen fokussierten Laserstrahl, der auf die frei liegenden und zu verbindenden Werkstückbereiche, insbesondere die Dachbereiche der Sicken (6), gerichtet wird. Bei der Bildung einer Steppnaht kann der Laserstrahl (8) zwischen den Nahtabschnitten bzw. Schweißstellen (9) abgeschaltet oder umgeschaltet werden. Er kann auch mit besonders hoher Geschwindigkeit und ggf. einer Defokussierung über die Spannwerkzeuge (2) und ggf. offen liegende Werkstückbereiche hinweg bewegt werden.
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Der Strahl (8) kann zum Verfolgen der Schweißnaht abgelenkt und geschwenkt werden, was z. B. durch eine Handachsenbewegung, insbesondere eine Drehung einer Handachse einer Roboterhand moglich ist, welche zwei oder drei rotatorische Achsen hat. Alternativ oder zusatzlich kann im Schweißwerkzeug (34) eine Scanneroptik mit beweglichen Strahl-Leitelementen, insbesondere schwenkbaren Spiegeln, angeordnet sein. Das Strahlschweißwerkzeug (34) weist ferner eine Fokussiereinrichtung mit Linsen und/oder Spiegeln oder anderen optischen Elementen auf, die eine feste oder veränderliche Brennweite, z. B. zur Bildung eines Autofokussystems, hat. Das Strahlschweißwerkzeug (34) kann als Remote-Werkzeug, insbesondere als sog. Remote-Laser, ausgebildet sein und kann einen größeren Arbeitsabstand mit entsprechender Brennweite von z. B. 500 mm oder mehr gegenüber den zu schweißenden Werkstückbereichen haben, wobei das Schweißwerkzeug (34) schwebend und ohne Berührungskontakt über der jeweiligen Schweißstelle (9) gehalten wird.
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Das Werkstück (3, 4) kann je nach Verbindungs- und Schweißerfordernissen eine oder mehrere Sicken (6) aufweisen. Eine Schweißverbindung zwischen den Werkstucken (3, 4) kann z. B. nur an diesen Sickenbereichen bestehen. Die Sicke(n) (6) kann bereits bei der Werkstuckherstellung, z. B. in einer Blechpresse, eingeformt werden. Eine oder mehrere Sicken (6) konnen bei Bedarf auch nachträglich an einem Werkstuck (3, 4) angebracht werden, wofur z. B. das in 9 bis 11 gezeigte Pragewerkzeug (25) eingesetzt wird. Es weist z. B. zwei gegeneinander anpressbare Backen (27, 28) auf, die an einer Zange (26) oder einem anderen Halter angeordnet sind. Die eine und z. B. untere Backe (28) weist an ihrer Kontaktstelle zu einem Werkstuck (3), insbesondere ihrer Oberseite, eine Erhebung (30) mit einer der gewünschten Sickengestalt entsprechenden Formgebung auf. Die andere Backe (27) besitzt eine Aussparung (29), die der gewünschten Außenkontur der Sicke (6) entspricht und zur Wolbungsaufnahme dient. Das Pragewerkzeug (25) kann von Hand bedient und gespannt werden. Alternativ kann ein Antrieb zum Bewegen und Zusammenpressen der Backen (27, 28) vorhanden sein. Das Prägewerkzeug (25) kann mobil oder stationär angeordnet sein.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise moglich. Die Anordnung und Ausrichtung des Spannwerkzeugs (2) kann anders als in den gezeigten Ausfuhrungsbeispielen, insbesondere schrag oder liegend, sein. Ein Spannwerkzeug (2) kann mehr als zwei Spannelemente (12, 13) und ggf. auch mehrere Antriebe (11) aufweisen. Die in 3 und 4 gezeigten Einzelspanner (2) können zu einem Kombiwerkzeug mit einem gemeinsamen Gestell (10) verbunden werden. Ferner kann der profilierte Anlagebereich (17) alternativ oder zusatzlich an einem anderen Spannelement (13) und insbesondere an der Auflage (15), vorhanden sein, die dann ähnlich wie das Spannelement (12) ausgebildet sein kann.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen weist die offene Seite des U-förmigen oder gabelförmigen Stütz- und Drückbereichs (18, 19) vom Werkstückrand (5) weg zum Werkstuckinnenbereich. Diese Ausrichtung kann auch umgedreht sein, wobei die besagte Öffnung zum Werkstückrand (5) gerichtet ist. Das Spannelement (12) kann dabei die gezeigte einteilige Form des gabelartigen Korpus (23) behalten, wobei die Anbindung an den ggf. verstärkten Arm (16) anders gestaltet ist. Der Arm (16) und der Korpus (23) können auch in Längsrichtung geteilt ausgebildet sein, wobei die Armhälften jeweils ein L-formiges Korpusteil halten.
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In weiterer Abwandlung kann das Spannwerkzeug (2) als einteiliger oder mehrteiliger Spannrahmen ausgebildet sein, an dem mehrere Spannelemente (12), insbesondere Niederhalter, an entsprechenden Positionen angeordnet sind und bei der Zustellung des Spannrahmens gegen das oder die Werkstucke (3) angepresst werden. Die anderen Spannelemente (13) können ebenfalls an einem Tragrahmen angeordnet sein. Ferner kann die kinematische Zuordnung für die Zustellung vertauscht werden, wobei die Spannelemente (13) bewegt und zugestellt werden. In weiterer Abwandlung ist eine Bewegung und gegenseitige Zustellung beider Spannelemente (12, 13) möglich.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen befinden sich die Sicken (6) am Werkstuckrand (5). In Variation hierzu konnen sich eine oder mehrere Wölbungen (6), insbesondere Sicken, im inneren Werkstückbereich befinden. Der Drückbereich (19) erstreckt sich dabei wiederum quer oder schrag zur Sicken- oder Wölbungslangsrichtung und wirkt im erhabenen Bereich, z. B. im mittleren Sicken- oder Wolbungsbereich. Der oder die Stützbereiche (18) können sich beidseits an den Drückbereich (19) anschließen. Ein Spannelement (12, 13), insbesondere dessen Korpus (23), kann dabei eine H-Form haben. Der Stutzbereich (18) kann bei einer innenliegenden Wölbung oder Sicke (6) diese auch ringförmig umgeben, wobei sich der Drückbereich (19) quer oder schrag durch die Ringöffnung erstreckt.
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In der Variation zu den gezeigten Ausführungsbeispielen können bei einer Paarung von zwei oder mehr Werkstucken (3), insbesondere Blechen, mehrere Werkstucke (3) eine oder mehrere Wölbungen oder Sicken (6) aufweisen. Hierbei konnen auch Wölbungen oder Sicken (6) an verschiedenen Werkstucken (3) einander gegenuberliegend angeordnet sein. Die vorgepragte Sickenhohe kann sich dabei ggf. verringern. Zwischen den gegenüberliegenden Wolbungen oder Sicken (6) kann ein Freiraum oder ein weiteres Werkstuck angeordnet sein. Bei mehrseitigen Wolbungen oder Sicken (6) konnen die gegenüberliegenden Spannelemente (12, 13) jeweils eine Formgebung mit Stutz- und Druckbereich (18, 19) aufweisen.
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Auf eine Oberflachenbeschichtung kann an einem oder mehreren Werkstucken (3, 4) verzichtet werden. Ferner kann die Bearbeitungsstation (32) in anderer Weise ausgebildet sein und kann insbesondere mehrere Handhabungseinrichtungen (33) und Schweißwerkzeuge (34) aufweisen. Die Spanneinrichtung (1) kann an einem anderen und insbesondere beweglichen Werkzeugträger (31), z. B. einem Spannrahmen, angeordnet sein. Hierdurch konnen z. B. Karosserieteile beim Geometrieschweißen oder Framing miteinander gespannt werden. Dies können z. B. ein Dachteil und eine Seitenwand oder dgl. sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spanneinrichtung
- 2
- Spannwerkzeug
- 3
- Werkstück, Oberblech
- 4
- Werkstuck, Unterblech
- 5
- Werkstuckrand
- 6
- Wolbung, Sicke
- 7
- Öffnung, Spalt
- 8
- energiereicher Strahl, Laserstrahl
- 9
- Schweißstelle, Schweißnaht
- 10
- Gestell, Stander
- 11
- Antrieb
- 12
- Spannelement, Niederhalter
- 13
- Spannelement, Gegenhalter
- 14
- Anlageflache
- 15
- Auflage
- 16
- Arm
- 17
- Anlagebereich
- 18
- Stützbereich, Stutzflache
- 19
- Drückbereich, Druckflache
- 20
- Stutzfuß
- 21
- Drückelement, Querbalken
- 22
- Ausnehmung, Kehle
- 23
- Korpus, Gabel
- 24
- Freiraum
- 25
- Pragewerkzeug
- 26
- Zange
- 27
- Backe oben
- 28
- Backe unten
- 29
- Aussparung
- 30
- Erhebung
- 31
- Werkzeugtrager, Spanntisch, Unterbau
- 32
- Bearbeitungsstation
- 33
- Handhabungseinrichtung
- 34
- Schweißwerkzeug, Strahlschweißwerkzeug
- h
- Hohenversatz
- r
- Ruckversatz
- s
- Spaltweite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4682002 A [0003]
- DE 19932415 C1 [0004]
- DE 10031377 A1 [0005]
- DE 10204474 A1 [0006]
- DE 102004013374 A1 [0007]
