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Die vorliegende Erfindung betrifft
Vorrichtungen zum Stoß-Laser-Schweißen von
Metallblechen.
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Vorrichtungen diesen Typs sind schon
bekannt gewesen, welche aufweisen:
zwei im Wesentlichen koplanare
Platten zum Tragen von zwei jeweiligen Metallblechen, welche stoßgeschweißt werden,
eine
Anordnungs-Schablone zum präzisen
Anordnen der Metallbleche, welche bewegbar zwischen einer abgesenkten,
inoperativen Position und einer angehobenen, operativen Position
montiert ist, in welcher sie über
die Ebene der die Bleche tragenden Platten vorragt,
Mittel
zum Zuführen
eines ersten zu verschweißenden
Blechs dadurch, dass es auf der ersten Träger-Platte gleitet, bis eine
führende
Kante des ersten Blechs in Kontakt mit der Anordnungs-Schablone
gelangt, nachdem letztere in ihre angehobene, operative Operation
gebracht worden ist,
Mittel zum Klemmen des ersten Blechs,
nachdem es gegen die Anordnungs-Schablone
positioniert worden ist,
Mittel zum Zuführen eines zweiten zu verschweißenden Blechs
dadurch, dass es auf der zweiten Träger-Platte gleitet, bis eine
führende
Kante des zweiten Blechs mit der führenden Kante des ersten Blechs,
welches auf der ersten Platte geklemmt wird, in Kontakt gelangt,
nachdem die Anordnungs-Schablone in ihre abgesenkte, inoperative
Position gebracht worden ist,
Mittel zum Klemmen des zweiten
Blechs, nachdem es so gegen das erste Blech positioniert worden
ist, und
ein Laser-Schweißkopf,
welcher zu einer relativen Bewegung in Bezug auf die das Blech tragenden Platten
fähig ist
entlang einer horizontalen Richtung, welche in der Kontaktebene
zwischen den Metallblechen liegt.
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Die Vorrichtungen von dem oben angegebenen,
bekannten Typ, wurden z. B. in der Automobilindustrie verwendet,
um passende Zuschnitte, welche aus Metallblechen unterschiedlicher
Dicke, welche miteinander verschweißt sind, bereitzustellen, wobei die
Zuschnitte später
einem Pressvorgang ausgesetzt werden, um Komponenten zu erhalten,
welche Teile unterschiedlicher Dicke aufweisen und/oder hergestellt
aus Stahl einer unterschiedlichen Qualität und/oder welche mit Schutzschichten
beschichtet sind oder nicht, wie z. B. eine Zinkschicht. Durch Verwenden
von Komponenten bzw. Bauteilen, welche auf diese Weise erhalten
sind, kann das Gewicht der Struktur auf ein Minimum reduziert werden,
da lediglich die Bereiche der Bauteile, welche größeren Belastungen
ausgesetzt sind, mit einer größeren Dicke oder
höheren
Materialqualitäten
bereitgestellt werden.
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Zum Herstellen von passenden Zuschnitten werden
Hochleistungs-Laser-Schweißmaschinen von
dem Typ verwendet, welcher am Beginn der vorliegenden Beschreibung
angegeben wurde. Beim Verwenden dieser Maschinen hängt die
Schweißqualität von der
Kraft bzw. Stärke
des Laserstrahls ab, der Bewegungsgeschwindigkeit des Laserkopfes,
der Brennpunktlänge
des optischen Systems und der Abdeck-Gase, welche eingesetzt werden,
jedoch hängt
die Schweißqualität vor allem
von der Qualität
der Schnittoberfläche
der Metallbleche an ihren Kanten ab, welche miteinander in Kontakt
gelangen, und den sich ergebenen Lücken, welche zwischen den Kontaktkanten
der Bleche bestehen können
auf Grund von Unregelmäßigkeiten,
sowie von der Position der Bleche in Bezug zu der optischen Achse
des Laserstrahls. Da diese Maschinen automatisierte Maschinen mit
einer hohen Kadenz sind, ist das Problem eines perfekten Kontakts
zwischen den Metallblechen und ihrer relativen Position zu der optischen
Achse äußerst wichtig,
da im Allgemeinen eine hohe Präzision
gefordert wird.
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Mit den bekannten Maschinen trifft
man in dem Stadium der Bewegung der Metallbleche in Richtung zu
der letztendlichen Position, in welcher sie geklemmt werden auf
jeweiligen Träger-Platten, auf
verschiedene technische Probleme. Das Blech, welches gegen die Schablone
angeordnet ist, wird durch Stoß-Elemente,
welche an der Rückseite
des Blechs angeordnet sind (in Bezug zu der Bewegungsrichtung),
verursacht vorzurücken.
Da die betroffenen Metallbleche oft von einer großen Abmessung
sind, jedoch relativ dünn,
kann die oben erwähnte
rückwärtige Stoß-Betätigung Ursache
sein für
eine Verformung und Durchbiegungen des Metallblechs entlang der
vertikalen Ebene. Wenn sich ein Blech an einer oder mehreren Teilen
bezüglich
der Träger-Ebene
anhebt, ist die Kontaktlinie zwischen diesem Blech und der Anordnungs-Schablone
nicht mehr eine gerade Linie, sondern vielmehr eine gekrümmte Linie.
Des Weiteren kann es bei Blechen, welche relativ schmal und in der
Bewegungsrichtung länglich
zu dieser sind, passieren, dass das Blech selbst sich vor der Schablone
in einer leicht verdrehten Position in der horizontalen Ebene darstellt.
Bei den bekannten Maschinen können
die oben erwähnten
rückwärtigen Stoß-Elemente
auf Grund ihrer Reibung gegen das Blech eine Korrektur dieser Fehlausrichtung
des Blechs bezüglich
der Schablone verhindern. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde
es vorgeschlagen, auch Stoß-Elemente
zu verwenden, welche mit Rädern
versehen sind, um die Reibung transversal zu der Bewegungsrichtung
zu reduzieren, jedoch hat diese Lösung das Problem nicht zufriedenstellend
gelöst,
wegen hoher Konzentrationen von Belastungen auf die dünne Kante
des Blechs.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, dieses Problem zu lösen.
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Die Grundidee, welche den Weg eröffnete, um
dieses Ergebnis zu erreichen, war das Erwägen, dass ein effizienter Ausrichtzustand
des Blechs bereitgestellt werden kann, wenn das Blech, anstatt durch
sein Stoßen
von der Rückseite
durch Anlegen einer Kraft durch Vorschubmittel, welche in der Nähe des vorderen
Teils (bezüglich
der Bewegungsrichtung) des Blechs angeordnet sind, zu verursachen, sich
vorwärts
zu bewegen. Daher sind gemäß der Erfindung
die oben genannten Mittel, welche zu jeder Platte gehören, um
zu bewirken, dass das jeweilige Blech in Richtung zu der Referenzposition
gleitet, aus einem oder mehreren motorisierten Wellen gebildet, welche
drehbar auf der Struktur der Platten in der Nähe ihres vorderen Teils montiert
sind, wobei die Wellen quer zu der Bewegungsrichtung angeordnet sind
und magnetische Rollen oder Räder
tragen, welche mit der unteren Oberfläche des jeweiligen Metallblechs
in Kontakt gelangen.
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Die oben erwähnten magnetischen Rollen werden über die
Zeit, welche notwendig ist, das Blech näher zu der Anordnungs-Schablone
zu bringen, bis ein vollständiger
und perfekter Kontakt mit dem Metallblech gegen diese Schablone
erhalten ist, gedreht, wenn nötig
nach einer Drehung des Blechs in der horizontalen Ebene, wenn letzteres
zunächst nur
an einem Ende seiner führenden
Kante in Kontakt mit der Schablone gelangt. In diesem letzteren Fall
werden die magnetischen Rollen weiter drehen, um eine richtige Ausrichtung
des Blechs zu erhalten und werden weiter drehen, bis das Klemmen
des Metallblechs ausgeführt
wird.
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Ein beträchtlicher Vorteil von magnetischen Rollen
im Hinblick auf andere Systemsist, dass, wenn einmal das Schweißen beendet
ist, die gleichen magnetischen Rollen zum Bewegen der gesamten Struktur,
welche durch die zwei geschweißten
Metallbleche gebildet wird, in Richtung zu dem Auslass der Maschine
verwendet werden können,
selbstverständlich
durch Umkehren der Drehrichtung der magnetischen Rollen, die zu
einer der zwei Träger-Platten
gehören.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin,
dass lediglich eine Träger-Welle
mit vielen magnetischen Rollen fähig
ist, eine Anzahl von Metallblechen, welche parallel gegen die gleiche
Anordnungs-Schablone angeordnet sind, auszurichten.
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Letztlich ist ein weiterer, beträchtlicher
Vorteil der magnetischen Rollen, dass das System Blech-Metall-Elemente
akzeptiert, welche eine unregelmäßige Form
aufweisen ohne Erfordernis einer Rekonfiguration des Systems. Daher
wird die Maschine fähig,
Teile von jedweder Form aufzunehmen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft die An und Weise, in welcher die Metallbleche,
wenn sie einmal auf der jeweiligen Träger-Platten angeordnet sind,
darauf geklemmt werden.
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In den bekannten Maschinen werden
die Metallbleche durch hydraulisch gesteuerte Klemmen geklemmt.
Die Größe dieser
Maschinen ist derart, um sie fähig
zu machen, auch sehr breite Bleche zu verarbeiten. Eine Größe von etwa
2 Meter ist gewöhnlich.
Es wird sofort deutlich, dass die Klemmstruktur passend dimensioniert
sein muss, um die sich ergebenden Belastungen zu stützen und
die geforderte Stabilität
der Blech-Trage-Ebene sicherzustellen.
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Um ein perfektes Klemmen der Metallbleche mit
einer relativ einfachen, kompakten und leichten Struktur sicherzustellen,
ist die Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannten
Mittel zum Klemmen jedes Metallblechs magnetisch gesteuert sind.
In bevorzugten Ausführungsformen
weisen die Klemmmittel eine Klemmstruktur auf, welche eine Blech-Träger-Basis
aufweist, die elektromagnetische Mittel einschließt, und
ein oberes Klemm-Kreuzelement, das aus ferromagnetischem Material
hergestellt ist, welches durch die jeweilige Platte getragen wird
und relativ dazu von einer angehobenen, inoperativen Position zu
einer abgesenkten, operativen Position bewegbar ist, in welcher
das Kreuzelement das Metallblech gegen die Basis drückt.
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Durch Verwenden von elektromagnetischen Klemmmitteln
ist es offensichtlich möglich,
die gleiche Klemmkraft zu erhalten, welche in den bekannten Maschinen
mechanisch oder hydraulisch erhalten wird, jedoch mit einer Struktur,
welche eine vernachlässigbare
Größe und Gewicht
bezüglich
der bekannten Lösungen
aufweist.
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Die neue Lösung, welche oben beschrieben wurde,
hat eine Anzahl von Vorteilen hervorgebracht. Zunächst haben
die großen
Klemmen in den Maschinen des Standes der Technik eine große Schwierigkeit,
vertikal über
eine lange Distanz (z. B. 60–100 mm)
sich zu bewegen auf Grund ihrer Form. Diese Schwierigkeit ist nicht
im Fall von Vorrichtungen gemäß der Erfindung
vorhanden, in welcher das oben erwähnte obere Kreuzelement durch
End-Pfosten getragen wird, welche vertikal bewegbar auf der Struktur
der Blech-Träger-Platte
montiert sind, und welche mit einem Antriebsmotor mittels einer
Gelenk-Übertragungsverbindung
mit einem Antriebsmotor verbunden sind. Der oben erwähnte Vorteil,
mit welchem die Blech-Träger-Platten
weg von dem Schweißbereich
bewegt werden können,
ermöglicht es
dem Metallblech, zu den jeweiligen Träger-Platten seitlich davon
zugeführt
zu werden mit vereinfachten, robotereinsetzenden Systemen.
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Wenn man dann beachtet, dass Maschinen diesen
Typs eine Blechtransferzeit aufweisen, welche vergleichbar mit der
Schweißzeit
ist, wird die Zweckmäßigkeit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
klar deutlich, wobei zwei Maschinen bereitgestellt werden, welche
der gleichen Lasereinheit dienen, um die Investitionskosten zu reduzieren,
durch Anordnen der zwei Maschinen Seite an Seite und Zuführen der
Metallbleche zu ihnen unter Beginnen von einem zentralen Bereich,
der dazwischen enthalten ist, durch Transfersysteme jeden bekannten
Typs, typischerweise einfache Linear-Aufnehmvomchtungen, anstatt
von komplizierteren und kostenintensiven Multi-Achs-Robotern.
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Auf Grund der oben beschriebenen
Konfiguration der Blech-Klemmmittel, welche in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
vorgesehen sind, kann ein wichtiges Ergebnis erreicht werden. Die
vertikale Bewegung des oberen Klemm-Kreuzelementes wird durch einen numerisch
gesteuerten Motor angetrieben, was eine hohe Präzision und Flexibilität der zu erhaltenen
Bewegung ermöglicht.
Wenn das Metallblech einmal in einer richtigen Position gegen die
Referenz-Schablone
gesetzt ist, welche sichergestellt wird durch das Antriebssystem,
welches Magnetrollen verwendet, welches oben beschrieben wurde, kann
das obere Klemm-Kreuzelement nach unten abgesenkt werden in eine
dritte Position, zwischengeschaltet zwischen der inoperativen Position
und der operativen Position, in welcher das Kreuzelement sehr nahe
zu dem Blech ist und z. B. von ihm durch einige Bruchteile eines
Millimeters beabstandet ist. Auf diese Weise ist das oben erwähnte Kreuzelement angepasst,
die vertikalen Bewegungen des Blechs zu begrenzen, während das
Blech in Richtung zu der Position gleitet, in welcher es geklemmt
wird. Auf diese Weise wird die Anordnung gegen die Schablone perfekt
ausgeführt.
Es sei erwähnt,
dass auf Grund des Verwendens eines nicht perfekt planaren Blechs in
den herkömmlichen
Maschinen Fehler in der Positionierung des Blechs gegen die Schablone
passieren können.
Jedoch erfüllt
das System gemäß der Erfindung
einen noch wichtigere Funktion bei der Positionieroperation des
zweiten Metallblechs gegen das erste Blech, nachdem letzteres in
der Schweißposition
geklemmt worden ist. Sogar in diesem Stadium kann es mit den bekannten
Maschinen passieren, dass das zweite Blech, welches gewöhnlicherweise weniger
dick ist als das erste Blech, über
das erste Blech "Klettert", anstatt dagegen
zu stoppen, z. B. auf Grund einer nicht perfekten Ebenheit der Bleche.
In der Vorrichtung gemäß der Erfindung
wird das Blech durch Anordnen des oberen Klemm-Kreuzelements jeder
Klemme in der erwähnten,
dritten Zwischenposition freigelassen, zu gleiten, jedoch nicht
sich anzuheben, da die Lücke
zwischen dem oberen Klemm-Kreuzelement und dem Blech einige Zehntelmillimeter
betragen kann. Auf diese Weise kann der Kontakt zwischen den zwei
Blechen perfekt und mit keiner Möglichkeit
eines Springens des zweiten Blechs über das erste Blech erhalten
werden, auch wenn die Blechkanten nicht sauber geschnitten worden
sind. In letzterem Fall ist die Situation besonders gefährlich,
wenn die Bleche jeweils eine Vorderseite aufweisen, welche zwei
longitudinale Kanten aufweist, von denen eine einen abgerundeten
Querschnitt aufweist (als Ergebnis der Deformierung des Materials,
welche während
der Schneideoperation stattfindet), wobei diese Kante das andere
Blech begünstigen
kann, darüber
zu klettern, vor allem wenn auch das andere Blech eine entsprechende
Kante mit abgerundetem Querschnitt aufweist. Dieser Nachteil wird
vollständig
durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung
eliminiert auf Grund der Merkmale, welche oben angegeben wurden.
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Schließlich sind bevorzugt die End-Pfosten, welche
das obere Klemm-Kreuzelement
des Klemmers tragen, welche vertikal gleitbar an der Struktur der
Blech-Trage-Platte montiert sind, mit dem zugehörigen Antriebsmotor mittels
einer Gelenk-Übertragungsverbindung
verbunden, welche in solch einer Weise angeordnet ist, um Verzögerungen
und Beschleunigungen des Kreuzelementes jeweils in Richtung und
weg von seiner abgesenkten, operativen Position, zu minimieren.
Vertikale Schwingungen des oberen Kreuzelementes des Klemmers werden
so vermieden, welche einen Kontakt mit dem Blech während der
Bewegung des letzteren verursachen könnten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt
sich die Erfindung dem weiteren Problem eines angemessenen Schützens der
oben erwähnten
Anordnungs-Schablone, welche zum präzisen Positionieren der Metallbleche
verwendet wird. Tatsächlich
ist in den bekannten Maschinen die Schablone im Wesentlichen in
der Schweißebene
des Laserkopfes angeordnet. Wenn die Schablone in ihrer abgesenkten, inoperativen
Position ist, wird sie gewöhnlicherweise gemäß dem Stand
der Technik durch eine Abdeckungsstruktur geschützt, da Vorstöße bzw.
Bewegungen von Gasen und Rauch unterhalb des Schweißbereichs
stattfinden. Die oben erwähnte
Abdeckstruktur ist jedoch einer extrem heftigen Umgebung ausgesetzt
und schützt
die Schablone nicht zufriedenstellend. Es sei ebenso erwähnt, dass
die Schweißqualität stark
durch die Qualität
der Referenz beeinflusst wird, welche durch die Schablone bereitgestellt
wird. Daher ist die Schablone ein Hochpräzisionselement, welches im
Allgemeinen gleitbar auf relativ anfälligen Führungen montiert ist und es
ist unerwünscht,
dass sie in einer sehr heftigen Umgebung angeordnet ist, welche
Rauch, hohe Temperaturen und dergleichen mit sich bringt.
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Um diese Nachteile zu vermeiden,
ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung
weiter dadurch gekennzeichnet, dass:
die Anordnungs-Schablone
in einer vertikalen Ebene, parallel zu der Schweißebene der
Metallbleche und relativ beabstandet dazu in Richtung zu der ersten
Träger-Platte
bewegbar ist,
wobei zumindest die erste Träger-Platte gleitbar auf einer
festen Trägerstruktur
montiert ist, in einer horizontalen Richtung rechtwinklig zu der
Schweißebene des
Laserkopfes zwischen einer vorgeschobenen Position, in welcher das
Metallblech, welches darauf getragen wird, seine führende Kante
in der Schweißebene
des Laserkopfes angeordnet hat und eine rückwärtig, verstellte Position,
welche vor der vertikalen Ebene der Gleitbewegung der oben genannten Anordnungs-Schablone
angeordnet ist,
wobei die Zuführmittel und die Klemmmittel
des ersten Metallblechs zu der ersten Platte zugeordnet und mit
ihr bewegbar sind, so dass das erste Metallblech auf der ersten
Platte zugeführt
werden kann und gegen die Schablone angeordnet werden kann, wenn die
erste Platte in ihrer rückwärtigen,
verstellten Position ist, beabstandet von der Schweißebene des Laserkopfes,
wobei das erste Blech dann auf der ersten Platte geklemmt wird und
anschließend
in die Schweißposition
durch eine Gleitbewegung der ersten Platte bis zu der vorgeschobenen
Position gebracht wird, so dass das zweite Metallblech dann in Kontakt
mit diesem gebracht werden kann.
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Auf Grund der oben angegebenen Merkmale ist
es deutlich offensichtlich, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung
frei von den oben erwähnten Nachteilen
ist. Tatsächlich
ist sie, wenn die Anordnungs-Schablone in ihrer abgesenkten, inoperativen Position
ist, deutlich von dem Schweißbereich
beabstandet und daher vollständig
gegen das Risiko von Beschädigung
auf Grund der heftigen Umgebung, welche in dem Schweißbereich
erzeugt wird, vollständig
geschützt.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist auch die zweite Träger-Platte gleitbar auf einer festen Trägerstruktur
montiert, in einer horizontalen Richtung, rechtwinklig zu der Schweißebene des
Laserkopfes, zwischen einer vorgeschobenen Position, in welcher
das Metallblech, das darauf getragen wird, seine führende Kante
in der Schweißebene
des Laserkopfes angeordnet hat, und einer rückwärtigen, verstellten Position,
wobei die Zuführmittel
und die Klemmmittel für
das zweite Metallblech zu der zweiten Platte und bewegbar mit dieser
hinzugefügt
sind.
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Es ist offensichtlich, dass die Bewegung
jeder der Träger-Platten
zwischen ihrer rückwärtigen, verstellten
Position und ihrer vorgeschobenen Position auf eine äußerst präzise und
wiederholbare Weise bereitgestellt werden muss. Hierfür ist die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist (zumindest
für die erste
Träger-Platte,
jedoch bevorzugt für
beide Träger-Platten):
Steuermittel
zum Antreiben der Gleitbewegung der Träger-Platte, welche einen drehenden
Nocken umfassen, der drehbar durch die feste Trägerstruktur getragen wird und
mit einem Nockenfolgerelement zusammenwirkt, welches durch die erste
Träger-Platte
getragen wird, zum Stoßen
der Platte aus ihrer vorgeschobenen Position in ihre rückwärtige, verstellte Position,
und
Mittel zum Vorspannen der Träger-Platte in Richtung ihrer
vorgeschobenen Position, die angepasst sind, um das Nockenfolgerelement
in Eingriff mit dem drehbaren Nocken zu halten.
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Der oben erwähnte, drehbare Nocken wird
in Drehung durch ein numerisch gesteuertes Motormittel oder durch
jede andere Art einer Steuereinrichtung angetrieben. Auf Grund der
oben erwähnten Merkmale
wird die Wiederholbarkeit der Positionieroperation des Metallblechs
sichergestellt mit einem hohen Grad an Präzision. Vorzugsweise umfassen die
oben erwähnten
Vorspannungsmittel einen Fluid-Zylinder, typischerweise einen einstellbaren
Luftdruckzylinder. Auf diese Weise wird durch Betreiben des Zylinders
bei einem gegebenen, gleichbleibenden Druck, jeder Abstand des Systems
automatisch aufgenommen und die Wiederholbarkeit der Position wird,
wie schon angegeben, mit einer hohen Präzision sichergestellt.
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Wie ebenfalls schon angegeben, ist
das gleiche System vorzugsweise auch für die zweite Träger-Platte übernommen.
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Ein weiteres Merkmal der bevorzugten
Ausführungsform
liegt darin, dass der oben erwähnte Fluid-Zylinder
auch betätigt
werden kann, die Platte in Richtung zu einer dritten Position, welche
weiter von der Schweißebene
des Laserkopfes beabstandet ist, zu stoßen, um Wartungsoperationen,
die im Schweißbereich
auszuführen
sind, zu ermöglichen.
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Da während dem Schweißen thermische
Beanspruchungen stattfinden, welche dazu tendieren, die Blech-Träger-Platten
voneinander zu beabstanden, sind Mittel zum jeweiligen Verbinden
der zwei Platten an ihren Schweißpositionen vorgesehen, wobei
die Mittel vorzugsweise magnetisch betätigt sind.
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Es ist klar offensichtlich, dass
durch das oben beschriebene System auf Grund der Präzision des
Systems zum Positionieren der Blech-Träger-Platten, die Schweißlinie (entspricht
der horizontalen Richtung der Bewegung des Laserkopfes, gewöhnlicherweise
identifiziert als "Y-Achse") perfekt parallel
zu der Kontaktebene der Metallbleche gehalten wird. Beim Ausführen des
Prozesses kann es jedoch nötig
sein, die tatsächliche
Fokusachse des Laserstrahls auf eine oder die andere Seite der Kontaktebene
der Bleche zu bewegen. Diese Einstellung ist im Allgemeinen durch
bekannte Mittel zum Einstellen des Fokussierkopfes möglich. Jedoch
kann es passieren, dass hauptsächlich
auf Grund eines Fehlens eines Zusammentreffens von der oben definierten Y-Achse
mit der optischen Fokusachse des Laserstrahles, dass während der
Bewegung des Laserkopfes entlang der Achse Y, die Strahlachse leicht
aus der Position bewegt wird. Bei den bekannten Maschinen ist es,
wenn dieser Nachteil auftritt, nötig,
das gesamte optische System wieder auszurichten, was erfordert,
dass die Maschine für
eine beträchtliche
Zeit inaktiv bleibt. Bei der vorliegenden Erfindung wurde eine einfache,
mechanische Einstellung bereitgestellt, welche es dem Bediener ermöglicht,
die Position der Schweißlinie
in sehr kurzer Zeit zu verändern, separat
auf einer Seite oder der anderen Seite der Maschine, ohne Notwendigkeit
einer Intervention an dem Laserkopf. Um diese Möglichkeit bereitzustellen,
wurde der oben genannte Nocken, welcher die Bewegung jeder der Platten
zwischen ihrer rückwärtigen,
verstellten Position und ihrer vorgeschobenen Position antreibt,
mit einer einstellbaren Geometrie hergestellt. Insbesondere trägt ein peripherer
Abschnitt des Nockens drehend ein drehendes Außer-Achse-Element, welches
selektiv in verschiedenen Winkelpositionen positioniert werden kann
mit Hilfe einer abgestuften Skala.
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Die spezifische Struktur und der
Betrieb dieser Einstelleinrichtung werden nachfolgend im Detail beschrieben
werden. Durch diese Einstellvorrichtung ist es im Allgemeinen möglich, die
Schweißlinie
in extremer Einfachheit und Präzision
zu bewegen, auch mit einer nicht parallelen Bewegung, entsprechend den
Anforderungen, welche angetroffen werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung in Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen offensichtlich, welche lediglich beispielhaft und nicht
beschränkend gegeben
wird, in welchen:
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1 eine
perspektivische, schematische Ansicht einer Stoß-Laser-Schweißmaschine für Metallbleche gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
schematische Seitenansicht der Maschine aus 1 ist;
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3–6 schematische Querschnittsansichten
eines Details der Maschine aus 1, 2 in verschiedenen Betriebsbedingungen
sind;
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7 eine
Querschnittsansicht, mehr im Detail, des gleichen Details in dem
entsprechenden Zustand, der in 6 gezeigt
ist;
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8 eine
schematische Perspektivansicht im vergrößerten Maßstab eines Details der Maschine gemäß der Erfindung
ist;
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9 eine
perspektivische Teilansicht in noch weiter vergrößerten Maßstab des Details aus 8 ist;
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10 eine
Seitenansicht eines Details aus 9 ist;
und
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11 eine
Draufsicht eines Details aus 10 ist.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 allgemein eine Maschine zum Stoßschweißen von Metallblechen
mittels einem Laserstrahl. Der Laser-Schweißkopf ist allgemein bezeichnet
durch das Bezugszeichen 2 und ist gleitbar bzw. verschiebbar entlang
einer Richtung Y über
ein Kreuzelement 3 einer gerüstanigen Struktur montiert,
welche zwei Säulen 4, 5 aufweist,
deren obere Enden durch ein Kreuzelement 3 verbunden sind.
Der Laserstrahl, welcher von einer Laser-Generatoreinheit (nicht gezeigt in den
Zeichnungen) kommt, erreicht den Fokussierkopf 2, geführt innerhalb
eines zylindrischen Kanals 6, der durch die Säule 5 und
eine Hilfssäule 7 getragen
wird, wie auch durch eine teleskopische, zylindrische Struktur 8,
welche zwischen die Säule 5 und einem
Träger 9 zwischengesetzt
ist, welcher bewegbar entlang der Richtung Y ist und den Schweißkopf 2 trägt.
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Die Konstruktionsdetails des Laser-Fokussierkopfes 2 und
der Mittel zum Liefern des Laserstrahls zu diesem Kopf sind hierbei
nicht gezeigt, da sie auf jede bekannte Weise hergestellt sein können und
nicht innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung fallen.
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Zwischen den zwei Träger-Säulen 4, 5 ist
die feste Träger-Struktur
der Maschine angeordnet, allgemein bezeichnet durch das Bezugszeichen 10, welche
zwei vertikale Seitenabschnitte 11 aufweist, welche zueinander
parallel sind und rechtwinklig zu der Richtung Y. Die zwei Seitenabschnitte 11 sind
an der Oberseite mit jeweils Führungen 12 versehen, auf
welchen zwei Platten gleitbar montiert sind, welche jeweils im Allgemeinen
durch die Bezugszeichen 13, 14 bezeichnet werden,
zum Tragen der zu schweißenden
Metallbleche.
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Die zwei Träger-Platten 13, 14 sind
jede entlang einer horizontalen Richtung X, rechtwinklig zu der
Richtung Y, zwischen einer vorgeschobenen Position, entsprechend
der Schweißposition
der Metallbleche, welche dabei getragen werden, und einer rückwärtig verschobenen
Position (gezeigt in 1), beabstandet
von der Schweißebene,
d. h. von der Ebene, welche die optische Achse des Schweißkopfes 2 und
die Achse Y der Bewegung des Kopfes enthält, bewegbar.
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Die Bewegung jeder Platte 13, 14 über die Führungen 12 der
festen Trägerstruktur 10 entlang der
X-Richtung wird auf beiden Seiten jeder Platte 13, 14 durch
ein Paar von Antriebs-Nocken 15 (lediglich einer von ihnen
ist in 1 sichtbar) gesteuert, welche
drehbar auf den zwei Seitenabschnitten 11 der festen Struktur 10 montiert
sind. Die zwei Antriebs-Nocken 15 jeder Platte 13, 14 werden
synchron zueinander durch eine jeweilige Welle 16 gesteuert,
welche durch einen gezahnten Antriebs-Riemen 17 über einen
elektrischen Motor 18 angetrieben wird, z. B. ein numerisch
gesteuerter Elektromotor. Jeder Nocken 15 weist eine Außer-Mitte-Konfiguration bezüglich dem
zugehörigen
Trägerstift 19 auf, welcher
koaxial mit der Welle 16 ist. Jeder Nocken 15 arbeitet
mit einer Nocken-Folger-Rolle 20 zusammen, welche durch
einen jeweiligen Arm 21 getragen wird, der starr mit den
jeweiligen Seitenabschnitten der Platten 13 oder 14 verbunden
ist. Jede Nocken-Folger-Rolle 20 wird
in Kontakt mit dem Nocken 15 gehalten, da jede der zwei
Platten 13, 14 in Richtung zu ihrer vorgeschobenen
Position durch ein Paar Luftzylinder 22 (lediglich einer
davon ist in 1 gezeigt)
vorgespannt wird, wobei jeder einen Körper aufweist, der mit der
festen Trägerstruktur 10 verbunden
ist und einen Stiel, welcher mit einer Platte 22a verbunden
ist, die einen Teil der Struktur der Platten 13 oder 14 bildet. 1 zeigt, wie schon angegeben,
die zwei Platten in ihrer rückwärtig verstellten
Position. Ausgehend von dieser Position können die Platten in ihrer vorgeschobene
Position durch Drehen der jeweiligen Antriebs-Nocken 15 gebracht werden.
Während
dieser Bewegung fährt
der Luftzylinder 22, der mit einem konstanten Druck beliefert wird,
fort die jeweiligen Platten in Richtung zu ihrer vorgeschobenen
Position vorzuspannen, um einen Kontakt zwischen jeder Nocken-Folger-Rolle 20 und dem
jeweiligen Antriebs-Nocken 15 sicherzustellen. Die
Luftzylinder 22 können
auch ausgefahren werden, um die jeweiligen Platten in weiter rückwärtig verstellte
Positionen zu bringen, in welchen die Nocken-Folger-Rollen 20 von
den jeweiligen Antriebs-Nocken beabstandet sind, wenn es notwendig ist,
Wartungsarbeiten in dem Schweißbereich
zwischen den zwei Blech-Träger-Platten 13, 14 (siehe auch 2) durchzuführen.
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Jede der zwei Platten 13, 14 ist
weiter an ihrem Vorderteil bezüglich
der Bewegungsrichtung in Richtung zu dem Schweißbereich mit einer angetriebenen
Welle 23 versehen (die zugehörige Antriebs-Übertragung
ist in den Zeichnungen nicht gezeigt), welche ein Mehrzahl von magnetischen
Rollen oder Rädern 24 trägt, die
vorgesehen sind, wie es nachfolgend mehr im Detail beschrieben wird,
eine Bewegung des Metallblechs über
die jeweilige Platte in Richtung zu der letztendlichen Position,
in welcher das Blech über
der Platte geklemmt werden kann, zu verursachen.
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Letztlich zeigt 1 auch die Klemmmittel, allgemein bezeichnet
durch das Bezugszeichen 25, welche an der Vorderseite von
jeder der Platten 13, 14 zum Klemmen des jeweiligen
Metallblechs darauf vorgesehen sind, wie es mehr im Detail im Folgenden gezeigt
werden wird.
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Unter Bezugnahme auf 8 weist die feste Trägestruktur 10 einen
Träger 26 auf,
der auf dem Boden zwischen den zwei Seitenabschnitten 11 montiert
ist, auf welchem ein peripherer Rahmen 27 gleitbar montiert
ist, der ein Kreuzelement 28 auf der Oberseite trägt, welches
selbst eine längliche
Platte 29 trägt,
die die Anordnungs-Schablone ist, welche zum präzisen Anordnen der Metallbleche
benutzt wird. Die Schablone 29 ist bewegbar zwischen einer abgesenkten,
inoperativen Position (in 7 gezeigt),
in welcher sie unter den zwei Blech-Träger-Platten 13, 14 verborgen
ist und einer angehobenen, operativen Position (in 8 gezeigt, wie auch in 3, 4),
in welcher sie über
die Blech-Trageebene hervorragt. Der Betrieb bzw. die Operation
dieser Schablone wird im Folgenden mehr im Detail beschrieben werden.
Die vertikale Bewegung des Rahmens 27, welcher die Schablone 29 trägt, wird
durch einen elektrischen Motor (nicht gezeigt) gesteuert, welcher
eine Drehung um einen Stift 30 antreibt (8) einer Exzenter scheibe 31,
die mit einer Rolle 32 zusammenwirkt, welche von einem
Anhängsel 33 des
Kreuzelementes 28 getragen wird. Die Rolle 32 wird
in Kontakt mit der Scheibe 31 durch das Gewicht der Struktur 27 gehalten.
Wie schon angegeben, zeigt 8 die
oben erwähnte
Struktur in dem Zustand entsprechend der am meisten angehobenen Position
der Schablone 29. Ausgehend von dieser Position kann die
Schablone 29 durch Drehung der Scheibe 31 nach
unten zu einer diametral gegenüberliegenden
Position abgesenkt werden.
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Wie es unmittelbar aus den 6, 7 offensichtlich ist, wird die Anordnungs-Schablone 29 in
einer vertikalen Ebene, parallel zu der Richtung Y angeordnet, welche
in Richtung zu der ersten Platte 17 von der Schweißebene beabstandet
ist, in 7 bezeichnet
durch A-A. Dies ist ein deutlicher Unterschied gegenüber bekannten
Maschinen, in welchen die Anordnungs-Schablone in der Ebene A-A
angeordnet ist und damit Unannehmlichkeiten auf Grund der heftigen
Umgebung, welche in dem Schweißbereich
erzeugt wird, ausgesetzt ist.
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6 der
beigefügten
Zeichnungen zeigt den vorderen Abschnitt der zwei Platten 13, 14 zum Tragen
der Metallbleche in den vorgeschobenen Zuständen dieser Platten. Wie schon
angegeben, können
die zwei Platten in eine rückwärtig verstellte
Position gebracht werden. 3–5 der beigefügten Zeichnungen
zeigen den vorderen Abschnitt der Platte 13 in ihrer rückwärtig verstellten
Position. Wie gezeigt, ist in dieser Position der vordere Abschnitt
der Platte vor und vorne von der Ebene der Anordnungs-Schablone 29 angeordnet.
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Wenn die Metallbleche auf die Maschine
geladen werden, sind die zwei Platten 13, 14 in
ihrem rückwärtig verstellten
Zustand. Insbesondere die Platte 13 ist in dem Zustand,
der in 3 gezeigt ist, angeordnet.
In diesem Zustand ist die Platte 13 angepasst, ein Metallblech
zu empfangen, welches zu verschweißen ist mit einem zweiten Metallblech,
das durch die Platte 14 getragen wird. Wie es auch aus der
folgenden Beschreibung offensichtlich werden wird, ist die Konfiguration
der Maschine gemäß der Erfindung
derart, dass ein neues Metallblech, das zu schweißen ist,
zu den zwei Trägerplatten 13, 14 von einer
Seite der Maschine zugeführt
wird (rechte Seite in Bezug auf 1)
auf Grund der zentralen Position der Säule 5 zwischen den
zwei Platten 13, 14. Die zu schweißenden Metallbleche
können
mittels Linear-Transfervorrichtungen jedes bekannten Typs zugeführt werden,
z. B. Verstell-Werkzeuge, die mit Saugnäpfen von dem Typ, der durch 34 in 3 bezeichnet ist, versehen
sind. Diese Figur zeigt ein erstes Metallblech A, das durch das
Transferwerkzeug 34 getragen wird, welches das Blech A über der
Trägerebene
der Platte 13 absetzt. Wenn das Blech A einmal auf der
Platte 13 abgesetzt ist, wird die Welle 23, welche
die magnetischen Räder 24 trägt, angetrieben,
um das Blech A in Richtung nach rechts anzutreiben (in Bezug auf 3) bis die führende Kante des
Blechs A in Kontakt mit der Anordnungs-Schablone 29 gelangt.
Wie schon oben beschrieben, legen die magnetischen Räder 24 eine
Bewegungskraft an den vorderen Abschnitt des Blechs A an, so dass jede
Fehlausrichtung des Blechs einfach und automatisch korrigiert werden
kann bis die gesamte führende
Kante des Blechs A in richtigen Kontakt mit der Anordnungs-Schablone 29 kommt
(siehe 4). Wenn aber
das Metallblech A gegen die Anordnungs-Schablone 29 positioniert
worden ist, wird das Blech A über
der Platte 13 geklemmt.
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Um jedes Metallblech auf der jeweiligen
Platte zu klemmen, ist jede der Platten 13, 14 mit
Klemmmitteln 25 (7)
versehen, welche jede eine Blech-Träger-Basis 35 aufweisen, die einen
Elektromagneten 36 umfasst, und ein oberes Press-Klemm-Kreuzelement 37.
Wie in 8–10 gezeigt, ist das Kreuzelement 37 an
seinen Enden mit zwei Trage-Pfosten 38 verbunden, die jeweils
Klötze 39 ( 10) umfassen, die gleitbar
auf vertikalen Führungen 40 montiert
sind, die starr verbunden sind mit den Seitenabschnitten der zugehörigen Träger-Platte.
Jedes Klemm-Kreuzelement 37 kann vertikal zwischen einer
angehobenen, inoperativen Position, z. B. in 3 und 10 gezeigt,
und einer abgesenkten, operativen Position, in welcher jedes Kreuzelement
das jeweilige Metallblech anpresst, bewegt werden (z. B. in 5–7 gezeigt).
Diese vertikale Bewegung des oberen Klemm-Kreuzelementes 37 der Klemmvorrichtung
wird durch einen elektrischen Motor
41 angetrieben mittels
einem Übertragungsgurt 42 (9), eine Kurbel 43,
ein weiteres angelenkten Zwischenglied 44 und eine zweite
Kurbel 45, welche bei 46 an der Struktur der jeweiligen
Platte angelenkt ist, und welche in Drehung mit einer zweiten Kurbel 47 verbunden
ist, welche an einem der zwei Pfosten 38 angelenkt ist.
Der Übertragungsgurt 42 treibt
auch eine identische Umwandlung auf der andere Seite der Maschine
mittels einer quer hindurchlaufenden Übertragungswelle 48 (9) an. Wie es aus 10 klar ersichtlich ist,
ist die Anordnung derart, dass in dem abgesenkten Zustand des Klemm-Kreuzelements 37 die
Kurbel 43, und das Zwischenglied 44 im Wesentlichen
zueinander in einer Linie sind. Daher verursachen in diesem Zustand
relativ starke winkelmäßige Schwingungen
der Kurbel 43 die vertikale Bewegung des Klemm-Kreuzelements 37 relativ
zu reduzieren. Daher können
hohe Beschleunigungen und Verzögerungen
des oberen Klemm-Kreuzelementes vermieden werden, wenn letzteres
in der Nähe
seiner abgesenkten Position ist, um das Risiko von vertikalen Schwingungen
dieses Kreuzelementes zu vermeiden, wie schon ausführlich im
Vorherigen beschrieben. Wie schon beschrieben, ermöglicht das
oben dargestellte System dem oberen Klemm-Kreuzelement 37 auch
an einer sehr nahen Position zu der abgesenkten operativen Position,
positioniert zu werden, z. B. in einem Abstand von wenigen Bruchteilen
von Millimetern davon. Wie in 4 gezeigt,
wird das obere Kreuzelement 37 in dieser Zwischenposition
während
dem Zustand positioniert, in welchem das Metallblech A in Richtung
zu der Anordnungs-Schablone 29 bewegt wird, um jede Bewegung
entlang der vertikalen Richtung des Metallblechs zu verhindern.
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Es wird in der Beschreibung des Betriebs
der Maschine unter Bezugnahme auf 3–7 fortgefahren; wenn einmal
das erste Blech A, welches durch die erste Träger-Platte 13 getragen
wird, gegen die Anordnungs-Schablone 29 bewegt worden ist (4), wird sie durch Absenken
des oberen Klemm-Kreuzelementes 37 geklemmt, wobei die
Anordnungs-Schablone 29 zurück in ihre abgesenkte, inoperative
Position gebracht werden kann (5).
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Wenn einmal die Anordnungs-Schablone 29 abgesenkt
worden ist, kann die gesamte Träger-Platte 13,
mit dem darauf geklemmten Metallblech A schnell von ihrer rückwärtig verstellten
Position, die in 5 gezeigt
ist, in die vorgeschobene Position (6)
gebracht werden, in welcher die führende Kante des Blechs A in
der Schweißebene,
d. h. in der Ebene, welche die Richtung Y und die Achsen des Laser-Fokussierkopfes 2 aufweist,
welche durch A-A in 7 bezeichnet
ist, gebracht werden. Wenn einmal das Metallblech A auf diese Weise
positioniert worden ist, kann das zweite zu verschweißende Blech,
bezeichnet mit B (siehe 6, 7) gegen das Blech A gebracht
werden. Das dargestellte Beispiel betrifft den typischen Fall, in
welchem das Metallblech B eine geringere Dicke aufweist, als das
Metallblech A. Selbstverständlich
wird zuvor das Blech B auf die Träger-Platte 14 durch eine absolut
identische Sequenz von Operationen geladen zu denjenigen, welche
für das
Blech A mit Bezugnahme auf 3 beschrieben
wurden. Insbesondere wird das Blech B über der Träger-Platte 14 zugeführt, wenn
letztere in ihrer rückwärtig verstellten
Position ist durch ein Linear-Transfersystem unter Benutzen z. B.
von einem Saugnapfwerkzeug von dem Typ eines Werkzeuges 34,
der in 3 gezeigt ist,
welches ein Blech B über der
Platte 14 transferiert unter Bewegen des Bleches in einer
parallelen Richtung zu der Richtung Y ausgehend von einem Metallblech-Aufnahme-Bereich,
der auf einer Seite der Maschine angeordnet ist (auf der rechten
Seite unter Bezugnahme auf 1).
Wie es schon dargestellt worden ist, kann der gleiche Aufnahme-Bereich
für die
Metallbleche für
zwei Maschinen gemäß der Erfindung
von dem Typ, wie er in 1 gezeigt
ist, dienen, welche Seite an Seite angeordnet sind mit dem Aufnahme-Bereich
der Metallbleche im zentralen Bereich zwischen den zwei Maschinen
angeordnet. Wie auch schon dargestellt wurde, ist die Maschine gemäß der Erfindung
angepasst, simultan betrieben zu werden auch auf vielen Paaren von
Blechen, welche parallel und mit jedweder Konfiguration der Blechelemente
angeordnet sind. Die besondere Konfiguration der Pfosten 38,
welche das obere Klemm-Kreuzelement 37 tragen, welche gekerbte
Abschnitte 38a aufweisen (siehe z. B. 9) vermeidet jede Interferenz bzw. Störung dieser
Pfosten mit den Metallblechen, wenn letztere über den Träger-Platten 13, 14 von
einer Seite der Maschine zugeführt
werden.
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Wenn einmal das Metallblech B auf
der Platte 14 positioniert worden ist, wird das Blech B
auf dieser Platte mittels dem jeweiligen Klemm-Kreuzelement 37 geklemmt
und die Platte 14 wird dann schnell in ihre vorgeschobene
Position durch Aktivieren der Antriebs-Nocken 15 gebracht,
um das Blech B in Kontakt gegen das Blech A in der Schweißebene A-A
(siehe 6, 7) zu bringen.
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Die Metallbleche sind somit bereit,
einer Schweißoperation
ausgesetzt zu werden, welche durch den Laserkopf 2 durch
eine Bewegung entlang der Y-Richtung ausgeführt wird. Wenn einmal das Schweißen vervollständigt worden
ist, werden die Klemm-Kreuzelemente 37 angehoben und die
Einheit, welche aus den zwei Metallblechen A, B, die miteinander
verschweißt
sind, gebildet wird, wird aus der Maschine heraus entlang der X-Richtung
bewegt. Die Bewegung wird mittels der Wellen 23, welche
die magnetischen Räder 24 tragen,
welche zu den Träger-Platten 13, 14 gehören, erreicht,
wobei die Wellen in diesem Fall selbstverständlich beide in dieselbe Richtung
gedreht werden. Die Maschine ist somit bereit zum Empfangen eines
oder mehrerer Paare von neuen zu verschweißenden Blechen.
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Unter Beugnahme auf 1 trägt
jeder Nocken 15 an einer diametral gegenüberliegenden
Stelle bezüglich
des Anlenkungsstiftes 19 ein zylindrischer Körper 15a,
welcher exzentrisch drehbar um eine periphere Achse 15b montiert
ist. Durch Einstellen der Winkelposition des zylindrischen Körpers 15a (welcher
eine abgestufte Skalierung als eine Hilfe für diese Einstellung trägt) ist
es möglich,
den Durchmesser des Nockens 15, der durch die Achsen 19, 15b hindurchgeht
in Mikrometern zu verändern,
was ermöglicht,
die Arbeitslänge
jeder Platte 13, 14 zwischen ihrer vorgeschobenen
Position und ihrer rückwärtig verschobenen
Position einzustellen, um die Vorteile zu erhalten, welche oben
gezeigt worden sind. Diese Einstellung kann auf zwei Seiten in der Maschine
unterschiedlich ausgeführt
werden, um auch eine nicht parallele Anordnung von Blechen zu erhalten.
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In dem vorgeschobenen Zustand der
zwei Platten 13, 14, der in 7 gezeigt ist, sind die zwei Platten
starr miteinander mittels jeweiligen Kopplungsmitteln 50, 51 verbunden,
vorzugsweise vom elektromagnetischen Typ, d. h. eines wird durch
einen Elektromagneten und das andere durch einen ferromagnetischen
Kern, welcher vorgesehen ist damit zusammenzuwirken, gebildet.