• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Beivielen beschichteten Blechen weist das Beschichtungsmaterial einendeutlich niedrigeren Siedepunkt auf als das Material des Bleches.Dadurch kommt es beim Zusammenschweißen derartiger Bleche zu explosionsartigenVerdampfungen von Beschichtungsmaterial, welche die Qualität der Verbindungstark beeinträchtigen.Zur Verbesserung der Verbindungsqualität wurde bereits vorgeschlagen,enge Spalten zwischen den Blechen zu erzeugen, in die das verdampfendeBeschichtungsmaterial entweichen kann.Die Aufgabe der vorliegendenErfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtungzur einfachen und sicheren Prüfungdes Blechabstandes anzugeben.Die Aufgabe wird gelöst durchein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen auf mindestens einerSeite eines ersten Bleches aus der Oberfläche herausragende Topographieänderungenerzeugt werden, das erste Blech derart zu einem zweiten Blech positioniertund eingespannt wird, dass die aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderungeneinen minimalen Abstand zwischen den zwei Blechen definieren, inden beim Schweißenauftretende Verdampfungsprodukte entweichen können, und wobei geprüft wird,ob die zwei Bleche überdie aus der Oberfläche herausragendenTopographieänderungenmiteinander in Kontakt stehen.
    公开号:DE102004025935A1
    申请号:DE102004025935
    申请日:2004-05-27
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Klaus Dipl.-Ing. Goth；Mike Dipl.-Ing.(FH) Pälmer；Daniel Dipl.-Ing.(FH) Zauner
    申请人:DaimlerChrysler AG；
    IPC主号:G01B17-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Schweissbearbeitung beschichteterBleche gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Schweissbearbeitungbeschichteter Bleche gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruchs 6. Ein derartiges Verfahren ist bereits ausder DE 10241593 A1 bekannt.
    [0002] Beivielen beschichteten Blechen, insbesondere bei ZinkbeschichtetenBlechen wie sie in der Automobilindustrie Verwendung finden, weistdas Beschichtungsmaterial einen deutlich niedrigeren Siedepunktauf als der Schmelzpunkt des Blechmaterials. Dadurch kommt es beimLaserschweissen derartiger Bleche im Überlapp-Stoß zu explosionsartigen Verdampfungenvon Beschichtungsmaterial, welche die Qualität der Verbindung stark beeinträchtigen.
    [0003] ZurVerbesserung der Verbindungsqualität wurde bereits vorgeschlagen,mittels Abstandhaltern enge Spalten zwischen den Blechen zu erzeugen,in die das verdampfte Beschichtungsmaterial entweichen kann. GeeignetekraterförmigeAbstandhalter könnengemäß der JP11-047967 durch Laserbeschuß derOberflächeerzeugt werden. NoppenförmigeAbstandshalter sind in der DE10241593 A1 offenbart.
    [0004] DerartigeAbstandshalter gewährleistenin ihrer Umgebung einen Mindestabstand der Bleche. Der Abstand darfaber auch nicht zu groß werden,da sonst keine Schweissverbindung mehr möglich ist. Um dies zu gewährleistenwerden die Bleche gegeneinander verspannt. Dies ist mit gleichmäßiger Qualität über diegesamte Flächenur mit hohem Aufwand oder gar nicht möglich. Insbesondere bei gekrümmten Blechenund/oder ungenügenderSpannkraft kann ein optimaler Abstand nicht sicher gewährleistet werden.
    [0005] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahrenund eine Vorrichtung zur einfachen und sicheren Prüfung desBlechabstandes anzugeben.
    [0006] DieErfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren und die Vorrichtungdurch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 wiedergegeben. Dieweiteren Ansprücheenthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens(Patentansprüche2 bis 5) und Bleches (Patentansprüche 7 und 8).
    [0007] DieAufgabe wird bezüglichdes zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dassauf mindestens einer Seite mindestens eines ersten Bleches mindestenseine aus der Oberfläche herausragendeTopographieänderungerzeugt wird, dass das mindestens eine erste Blech derart zu mindestenseinem zweiten Blech positioniert und eingespannt wird, dass mindestenseine aus der Oberflächeherausragende Topographieänderungeinen minimalen Abstand zwischen den mindestens zwei Blechen definiert,in den beim Schweissen auftretende Verdampfungsprodukte entweichenkönnen, dass geprüft wird,ob die mindestens zwei Bleche über mindestenseine aus der Oberflächeherausragende Topographieänderungmindestens eines Bleches miteinander in Kontakt stehen.
    [0008] DerVorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine erfindungsgemäße Kontaktprüfung wesentlicheinfacher durchzuführenist als eine genaue Vermessung der Spaltweite zwischen Blechen oder einegenaue Vermessung beider Bleche und daraus Berechnung von derenAbstand. Die aufwendige Messaufgabe wird auf eine einfache Prüfaufgabereduziert.
    [0009] Diesermöglichteine einfache Handhabung im gespannten Zustand der Bleche. Darausresultiert eine verbesserte Bauteilqualität und eine geringere Ausschussrate.
    [0010] DieTopographieänderungkann dabei auf beliebige Art erfolgen, solange nur eine ausreichendeReproduzierbarkeit, insbesondere Höhengenauigkeit gewährleistetist. Beispielsweise kann sie mittels Laserbestrahlung erfolgen wiein der DE 10241593A1 offenbart oder auch mechanisch, insbesondere durch Prägen.
    [0011] Eineausreichende Reproduzierbarkeit der Höhengenauigkeit der Topographieänderungenermöglichtdie sichere Einstellung eines geeigneten Abstandes der beschichtetenBleche. Ist der Kontakt der Bleche über die Topographieänderungennachgewiesen, so ist dies gleichzeitig der Nachweis des geeignetenAbstandes der Bleche, d.h. eines ausreichenden Minimalabstandeszur Aufnahme der verdampfenden Beschichtung und eines zulässigen Maximalabstandeszur Gewährleistungeiner guten Schweissverbindung.
    [0012] Ineiner vorteilhaften Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenserfolgt die Prüfung lediglichim Bereich einer Topographieänderung.Dadurch kann die benötigtePrüfeinrichtung kleinund beweglich ausgestaltet werden und auch ansonsten evtl. schwerzugänglichePrüfbereicheerreichen. Mit Bereich ist die nähereUmgebung der Topographieänderunggemeint, vorzugsweise im Umkreis von weniger als 10 cm Abstand vonder Topographieänderung.
    [0013] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrenserfolgt die Prüfung über diegesamte mit Topographieänderungenversehene Flächejeweils punktuell oder integral erfolgt. Die punktuelle Prüfung kannmit der vorstehend erwähntenPrüfeinrichtungerfolgen, die integrale mit einem entsprechenden Flächensensor.
    [0014] Beieiner solchen Prüfung über diegesamte mit Topographieänderungenversehene Flächekann die Anzahl der Kontaktpunkte in Relation zu der Anzahl derTopographieänderungenals relatives Qualitätsmaß des Blechabstandesermittelt werden. Ebenso kann der Ort der Kontaktpunkte als absolutes Qualitätsmaß ermitteltwerden.
    [0015] Dieermittelten Fehlstellen mangelnden Kontaktes können zur Modifikation des Spannwerkzeugesund/oder der Topographieänderungengenutzt werden. Denkbar ist insbesondere auch eine sofortige Änderungdes Spannzustandes an der bisherigen Fehlstelle mittels eines mobilenSpannwerkzeuges.
    [0016] Ineiner vorteilhaften Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenserfolgt die Prüfung durchMessung von Ultraschall, Kapazität,elektrischen Widerstand oder Wirbelstrom. Dazu kann sowohl ein durchdie Bleche transmittiertes oder von ihnen reflektiertes Signal verwendetwerden.
    [0017] DerartigeMessungen liefern deutliche Signalunterschiede bei vorhandenem oderfehlendem Kontakt und gewährleistendaher eine hohe Prüfqualität.
    [0018] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrenserfolgt die Prüfunglediglich von einer Seite der zueinander positionierten Bleche.Dies ist sowohl mit transmittierten als auch reflektierten Signalenmöglich.Insbesondere bei schwer zugänglichenBauteilen ist diese einseitige Prüfung vorteilhaft.
    [0019] BeiBauteilen die auf beiden Seiten Bereiche mit schlechter Zugänglichkeitaufweisen oder die eine höherePrüfgenauigkeiterfordern, kann auch eine beidseitige Prüfung vorteilhaft angewendetwerden, die erforderlichenfalls auf jeder Seite nur zugänglicheTeilbereiche abdeckt.
    [0020] DieAufgabe wird bezüglichder zu schaffenden Vorrichtung zur Schweissbearbeitung beschichteterBleche erfindungsgemäß dadurchgelöst,dass sie eine Schweisseinrichtung, eine Positioniereinrichtung,eine Spannvorrichtung und eine Einrichtung zur Prüfung deslokalen Kontakts der Bleche aufweist.
    [0021] DerVorteil dieser Ausgestaltung besteht
    [0022] Ineiner vorteilhaften Ausführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtungist die Einrichtung zur Prüfungdes lokalen Kontakts als eine Einrichtung zur Messung von Ultraschall,Kapazität,elektrischen Widerstand oder Wirbelstrom ausgestaltet.
    [0023] DerartigePrüf-Einrichtungenliefern deutliche Signalunterschiede bei vorhandenem oder fehlendemKontakt und gewährleistendaher eine hohe Prüfqualität.
    [0024] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungweist diese eine Einrichtung zur Führung der Einrichtung zur Prüfung deslokalen Kontakts überdie Bleche auf, vorzugsweise einen Roboter.
    [0025] Diesist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Prüfeinrichtung je Prüfvorgangjeweils nur einen Teil der Bleche prüft und für den nächsten Prüfschritt weiter geführt werdenmuß. Insbesonderebei komplexer gestalteten Blechen mit ggf. eingeschränkter Zugänglichkeitempfielt sich hierzu ein Roboter, der die Bleche auf vorgebbarenBahnen abfährtoder sich selbst geeignete Bahnen berechnet.
    [0026] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungweist die Schweisseinrichtung eine Scanner-Einrichtung zur Ablenkungeines Schweisslaserstrahls auf die Oberfläche der Bleche auf. Eine Scanner-Einrichtungist eine besonders schnelle und flexible Stahlablenk-Einrichtung,beispielsweise ein Spiegelsystem (aus mindestens einem ein- odermehr-achsig ansteuerbaren schwenkbaren Spiegeln) oder auch akusto-optischeModulatoren.
    [0027] Besondersvorteilhaft erzeugt der Laserstrahl die mindestens eine Topographieänderungauf der ihm abgewandten Seite des mindestens einen Bleches, indemer dieses Blech im Bereich seiner Bearbeitungsfläche durchgehend aufschmilzt.Dies kann (aber muss nicht) bereits im zueinander positierten Zustandder beiden Bleche erfolgen. Hierzu ist eine geeignete Bearbeitungszeitbis zum Durchtritt des Laserstrahls vorzugeben oder auch ein Durchtrittssensorvorzusehen, der die Bearbeitungszeit regelt. Diese Ausgestaltungermöglichteine weitere Verfahrensbeschleunigung beim Zusammenschweissen mehrererBleche. Bei dem Verfahren gemäß der JP11-047967 wird zunächstein einzelnes Blech ausgerichtet und dann werden Topographieänderungenauf dieses Blech aufgebracht, danach wird ein weiteres Blech zugeführt undrelativ zu dem ersten ausgerichtet und dann werden beide gespannt undverschweißt.Vorteilhafter ist es aber, beide Bleche gemeinsam ohne Anpressdruckauszurichten. Mangels Anpressdruck verbleibt ein für die meisten Anwendungenausreichender Minimalspalt zwischen den Blechen, er kann jedochauch mittels einer geeigneten Ausrichtvorrichtung gewährleistetwerden. Danach werden durch eines oder auch durch beide der BlecheTopographieänderungengemäß dieser vorteilhaftenAusführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrenseingebracht. Danach werden die Bleche gespannt und miteinander verschweisst.In Anbetracht der hohen Geschwindigkeit verfügbarer Scanner-Einrichtungenund der Erzeugung der Topographieänderungen bedeutet die Einsparungeines Ausrichtvorgangs und die direkt abschließende integrierte Prüfung desBlechabstandes eine ganz wesentliche Zeitersparnis.
    [0028] Nachfolgendwerden anhand eines Ausführungsbeispielsdas erfindungsgemäße Verfahrenund die erfindungsgemäße Vorrichtungnäher erläutert: Diebeispielhafte Ausführungsformder Vorrichtung weist eine Schweisseinrichtung, eine Positioniereinrichtung,eine Spannvorrichtung und eine Einrichtung zur Prüfung deslokalen Kontakts der Bleche auf.
    [0029] DieSchweisseinrichtung ist als Laserscanner-Einrichtung ausgestaltet.Die Einrichtung zur Prüfungdes lokalen Kontakts der Bleche ist ausgestaltet als Ultraschall-Impulsgeberund Ultraschall-Empfänger,sie ist auf einem Roboter montiert, der sie an geeignete Prüfpositionenführenkann.
    [0030] Zunächst werdenzwei beschichtete Stahl-Bleche mittels der Positioniereinrichtungzueinander positioniert. Dabei weisen sie einen Abstand zueinanderauf, der so groß ist,dass er keine Schweissverbindung der beiden Bleche zulässt.
    [0031] Zunächst werdenzwei elektrolytisch verzinkte Stahl-Bleche mit einer Dicke von 1,2mm mittels der Positioniereinrichtung zueinander beabstandet ausgerichtet.Dabei weisen sie einen Abstand zueinander auf, der so groß ist, dasser keine Schweissverbindung der beiden Bleche zulässt.
    [0032] Dannwerden mittels der Laserscanner-Einrichtung auf der dem Laser abgewandtenSeite des dem Laser zugewandten Bleches „durchschießend" an vorbestimmtenPositionen Topographieänderungeneingebracht. Der Laserstrahl weist eine Leistung von 3,5 kW undeine Verfahrgeschwindigkeit von 7 m/min auf. Der Laserstrahl wirdvon der Scanner-Einrichtung derart geführt, dass er um und durch das Zentrumseiner Bearbeitungsflächeeine enger werdende Spirale mit einem Anfangsdurchmesser von 1,2mm beschreibt, wobei er das Zentrum nach 5 Umdrehungen erreicht.Dazu benötigter eine Bearbeitungszeit von 100 ms. Durch die spiralförmige Bewegungvon außennach innen erfolgt eine gleichmäßigere Ausbildungder Topographieänderungauf der Laser-abgewandten Seite des Bleches in Form eines gleichmäßig konturiertenBerges. Nach Erzeugung der benötigtenAnzahl von Topographieänderungen werdenbeide Bleche gespannt. Dabei wird durch die aus der Oberfläche herausragendenTopographieänderungenein minimaler Abstand zwischen den zwei Blechen definiert, in dendie beim Schweissen auftretenden Verdampfungsprodukte entweichenkönnen.
    [0033] Nunwird die Prüfeinrichtungmittels des Roboters überdas dem Laserstrahl zugewandte Blech geführt. Dabei werden von dem Ultraschall-ImpulsgeberImpuls ausgesendet, von den Blechen reflektiert und von dem Ultraschall-Empfänger empfangen unddanach werden anhand der empfangenen Signale Bereiche mit und ohneKontakt der Bleche bestimmt und mit Soll-Kontakt-Bereichen verglichen. Verläuft derSoll-Ist-Vergleich positiv so werden die Bleche in der Umgebungder Topographieänderungenmiteinander verschweisst.
    [0034] Verläuft derSoll-Ist-Vergleich negativ, so werden die Bleche nachgespannt, erneutder Kontakt geprüftund nach positivem Soll-Ist-Vergleich miteinander verschweisst.
    [0035] Daserfindungsgemäße Verfahrenund die erfindungsgemäße Vorrichtungerweisen sich in den Ausführungsformendes vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die Überprüfung desAbstandes beschichteter Bleche, insbesondere beim Laserschweißen in derAutomobilindustrie. Dadurch könnenerhebliche Vorteile bezüglichder Bearbeitungsqualitäterzielt werden.
    [0036] DieErfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispielbeschränkt,sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
    [0037] Soist zum Beispiel denkbar, anstatt die Prüfeinrichtung mittels einesRoboters überdie Bleche zu führen,diese stationär über denBlechen zu belassen und das Prüfsignalanalog zum Laserstrahl mittels einer Scanner-Einrichtung über dieBleche zu führen.Dabei kann der Abstand der Scanner-Einrichtung vom Blech, der Gradder Fokussierung des Prüfsignalsoder dessen Bewegungsmuster variiert werden und dadurch an das Materialvon Blech und/oder Beschichtung angepasst werden. Zusätzlich kannes vorteilhaft sein, die Signalleistung während der Prüfung ingeeigneter Weise zu variieren.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Verfahren zur Schweissbearbeitung beschichteterBleche, bei dem auf mindestens einer Seite mindestens eines erstenBleches mindestens eine aus der Oberfläche herausragende Topographieänderungerzeugt wird, bei dem das mindestens eine erste Blech derart zumindestens einem zweiten Blech positioniert und eingespannt wird,dass mindestens eine aus der Oberfläche herausragende Topographieänderungeinen minimalen Abstand zwischen den mindestens zwei Blechen definiert,in den beim Schweissen auftretende Verdampfungsprodukte entweichenkönnen, dadurchgekennzeichnet, dass geprüftwird, ob die mindestens zwei Bleche über mindestens eine aus derOberflächeherausragende Topographieänderungmindestens eines Bleches miteinander in Kontakt stehen.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Prüfungim Bereich einer Topographieänderungerfolgt.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Prüfung über diegesamte mit Topographieänderungenversehene Flächejeweils punktuell oder integral erfolgt.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Prüfungdurch Messung von Ultraschall, Kapazität, elektrischen Widerstandoder Wirbelstrom erfolgt. Transmission/Reflexion
    [5] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Prüfungvon einer Seite der zueinander positionierten Bleche erfolgt.
    [6] Vorrichtung zur Schweissbearbeitung beschichteterBleche aufweisend eine Schweisseinrichtung, eine Positioniereinrichtung,eine Spannvorrichtung gekennzeichnet durch , eine Einrichtung zur Prüfung deslokalen Kontakts der Bleche.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass Einrichtung zur Prüfungdes lokalen Kontakts als eine Einrichtung zur Messung von Ultraschall,Kapazität,elektrischen Widerstand oder Wirbelstrom ausgestaltet ist.
    [8] Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,dass sie eine Einrichtung zur Führungder Einrichtung zur Prüfungdes lokalen Kontakts überdie Bleche aufweist, vorzugsweise einen Roboter.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-05-03| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
    2007-05-10| 8125| Change of the main classification|Ipc: B23K 37/04 AFI20051017BHDE |
    2008-01-17| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
    2009-02-12| Q171| Divided out to:|Ref document number: 102004064141 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
    2009-02-12| 8172| Supplementary division/partition in:|Ref document number: 102004064141 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
    2009-03-19| AH| Division in|Ref document number: 102004064141 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
    2009-09-17| 8364| No opposition during term of opposition|
    2013-03-21| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20121201 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004064141||2004-05-27||
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