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Title:
APPARATUS FOR JOINING, IN PARTICULAR LASER WELDING, TWO COMPONENTS, AND OPERATING METHOD FOR SUCH A JOINING APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/149480
Kind Code:
A1
Abstract:
An apparatus for joining, in particular laser welding, two components, in particular plastics components, comprises - two workpiece receptacles (1, 3) for respectively holding the two components (2, 4) to be connected, - in each case one bearing element, preferably a bearing plate (7), for each of the workpiece receptacles (1, 3), - a clamping drive (SA) for at least one bearing element for feeding and bracing of the two components (2, 4) held in the workpiece receptacles (1, 3) during the joining process, - a controller (9) for the clamping drive (SA) and in particular a laser welding device (LS), and - a mechanically loose coupling between the clamping drive (SA) and bearing element (7) such that the two workpiece receptacles (1, 3) are tiltable towards one another during feeding and bracing. Also disclosed is a method for operating such a joining apparatus during a joining process of two components (2, 4) held in the workpiece receptacles (1, 3), in particular during a laser welding process.

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Inventors:
SCHWALME, Michael Jonathan (Vacher Strasse 14a, Fürth, 90766, DE)
FITIL, Nasir (Feldstrasse 5, Uttenreuth, 91080, DE)
JAUS, Tobias (Paul-Schilder-Weg 3, Nürnberg, 90455, DE)
SIEBEN, Manuel (Hüttendorfer Weg 18b, Fürth-Vach, 90768, DE)
Application Number:
EP2019/050371
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
January 09, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LPKF LASER & ELECTRONICS AG (Osteriede 7, Garbsen, 30827, DE)
International Classes:
B29C65/78; B29C65/16; B29K101/12
Foreign References:
EP1306196A12003-05-02
DE102014212837A12016-01-07
DE102018201416A2018-01-30
DE19924469A12000-11-30
EP2566684B12017-10-18
EP3205481A12017-08-16
Attorney, Agent or Firm:
RAU, SCHNECK & HÜBNER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (Königstrasse 2, Nürnberg, 90402, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Fügen, insbesondere Laserschweißen, zweier Bautei- le, insbesondere Kunststoffbauteile, umfassend

- zwei Werkstückaufnahmen (1, 3) zur jeweiligen Halterung der bei- den zu verbindenden Bauteile (2, 4),

- jeweils ein Lagerelement, vorzugsweise Lagerplatte (7), für jede der Werkstückaufnahmen (1, 3),

- einen Spannantrieb (SA) für mindestens ein Lagerelement zur Zu- Stellung und Verspannung der beiden in den Werkstückaufnahmen

(1, 3) gehaltenen Bauteile (2, 4) während des Fügeprozesses, sowie

- eine Steuerung (9) für den Spannantrieb (SA) und insbesondere eine Laserschweißeinrichtung (LS),

gekennzeichnet durch

- eine mechanisch lose Kopplung zwischen Spannantrieb (SA) und

Lagerelement (7) derart, dass die beiden Werkstückaufnahmen (1,

3) während der Zustellung und Verspannung zueinander verkippbar sind. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kopplung zwischen Spannantrieb (SA) und Lagerelement (7) eine schwimmende Lagerung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannantrieb (SA) eine Mehrzahl von parallel in Zustellrichtung (Z) angeordneten und wirkenden Linear- Antriebselementen, insbesondere Linear-Servoantrieben (8.1 - 8.8), aufweist, auf denen das als Lagerplat- te (7) ausgebildete Lagerelement der einen Werkstückaufnahme (1, 3) schwimmend gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Li- near-Antriebselemente (8.1 - 8.8) eine Positionserfassung und/oder An- triebskraft-Detektion aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Li- near-Antriebselemente (8.1 - 8.8) entsprechend der von der Positionser- fassung und/oder Antriebskraft-Detektion erfassten Werte von der Steuerung (9) individuell ansteuerbar sind.

6. Verfahren zum Betrieb einer Füge Vorrichtung gemäß einem der An- sprüche 3 bis 5 bei einem Fügeprozess zweier in den Werkstückauf- nahmen (1, 3) gehaltener Bauteile (2, 4), insbesondere bei einem Laser- schweißprozess, umfassend folgende Verfahrensschritte:

- Zustellen mindestens eines der Lagerelemente (7) mithilfe der Line- ar-Antriebselemente (8.1 - 8.8) bis zum Kontakt der beiden zu fü- genden Bauteile (2, 4) gemäß einem vordefinierten System- Sollwert, insbesondere Spannkraft-Sollwert (FSOLL) mindestens ei- nes der Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8), wobei die Werkstück- aufnahmen (1, 3) sich in eine entsprechende Position zueinander einstellen,

- Festlegung der Kontaktposition als Referenzposition,

- während des Fügeprozesses, insbesondere Schweißprozesses, weite - re Ansteuerung der Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8) ausgehend von der Referenzposition gemäß mindestens einem vordefinierten Systemparameter, insbesondere gemäß einer vordefinierten Spann- kraft und/oder einem vordefinierten Fügeweg der Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8), bis zum Erreichen eines Zielkriteriums für den Systemparameter, und

- Beendigung des Fügeprozesses nach Erreichen des Zielkriteriums.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Linear- Antriebselement (8.1 - 8.8) gleiche oder unterschiedliche vorde- fmierte Spannkraft-Sollwerte (FSOLL) als System-Sollwert zur Festle- gung der Referenzposition verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8) durch die Steuerung (9) während des Fügeprozesses individuell auf eine vordefinierte Spannkraft gere- gelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefi- nierte Spannkraft der einzelnen Linear- Antriebselemente derart einge- stellt wird, dass alle Linear-Antriebselemente zeitgleich ein für sie gel- tendes, individuelles Abschaltkriterium erreichen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass während des Fügeprozesses das die höchste Spannkraft appli- zierende Linear- Antriebselement (8.1 - 8.8) mit seinem Fügeweg den Fügeweg der weiteren Linear-Antriebselemente (8.1 - 8.8) direkt oder über eine Soll-Variation als Führungsgröße vorgibt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeich net, dass während des Fügeprozesses die Ansteuerung der Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8) ausgehend von der Referenzposition ent- sprechend den in der Steuerung (9) verfügbaren Formdaten des aus den zu fügenden Bauteilen (2, 4) herzustellenden Gegenstandes erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass das Zielkriterium für die Beendigung der Zustellung der Bau- teile (2, 4) durch die Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8) das Erreichen eines vordefinierten Zustellweges ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass das Zielkriterium für die Beendigung der Zustellung der Bau- teile (2, 4) durch die Linear- Antriebselemente (8.1 - 8.8) das Erreichen einer definierten, gegenüber der Spannkraft während des Zustellvor- ganges höheren Grenzkraft ist.

Description:
Vorrichtung zum Fügen, insbesondere Laserschweißen, zweier Bautei le und Betriebsverfahren für eine solche Fügevorrichtung

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2018 201 416.7 in Anspruch, deren Inhalt durch Be- zugnahme hierin aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fügen, insbesondere zum La- serschweißen, zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentan- spruchs 1 sowie ein Betriebs verfahren für eine solche Fügevorrichtung.

Bei herkömmlichen Füge Vorrichtungen, wie sie beispielsweise in der DE 199 24 469 Al offenbart sind, sind zwei Werkstückaufnahmen zur jeweili- gen Halterung der beiden zu verbindenden Bauteile vorgesehen. Jede die- ser Werkstückaufnahmen sitzt auf einer entsprechenden Fagerplatte, von denen eine durch einen entsprechenden linearen Spannantrieb zum Zustel- len und Verspannen der beiden zu fügenden Bauteile während des Füge- prozesses beaufschlagt ist. Eine nicht explizit offenbarte Steuerung steuert bei dieser Faserschweißanlage den Spannantrieb und die Fasereinrichtung. Die Besonderheit dieser Fügevorrichtung liegt darin, dass unebene Werk- stücke durch eine nachgiebige Spannfläche gespannt werden, wodurch ein gewisser Toleranzausgleich stattfinden kann.

In der EP 2 566 684 Bl ist eine Vorrichtung zum lasertransparenten Schweißen zweier Bauteile und ein entsprechendes Montageverfahren of- fenbart, wobei zwei unterschiedliche Klemmmittel mit mehreren bewegli- chen Organen vorgesehen sind. Die einen Klemmmittel sind dazu be- stimmt, die geometrische Referenzierung der beiden Teile auf einem Trä- ger zu gewährleisten, während die zweiten Klemmmittel in ihrer Kraft re- gelbar zum Verspannen der beiden Bauteile ist.

Aus der EP 3 205 481 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ver- bindung einer Lichtscheibe und eines Leuchtengehäuses einer Lahrzeug- leuchte mittels Laserschweißens bekannt, bei der das Leuchtengehäuse in einer Werkzeugaufnahme an einem ortsfesten Nullpunkt fest und an we nigsten einen davon entfernten Aufnahmepunkt schwimmend gelagert ge- halten ist. Die mehrteilige Werkzeugaufnahme ist damit sehr komplex kon- struiert.

Bei den vorstehenden bekannten Vorrichtungen und Montageverfahren sind die entsprechenden Komponenten zwar dazu bestimmt, gewisse Geo- metrieabweichungen auszugleichen und auch Bauteile mit komplexeren Geometrien ausreichend zuverlässig spannen zu können. Dies wird aller- dings mit teilweise sehr komplexen Konstruktionen erreicht, die relativ aufwendig in die Praxis umsetzbar sind.

Beim Lügen von Bauteilen und insbesondere beim Laserschweißen besteht grundsätzlich das Bedürfnis, relevante Toleranzen, wie sie aus den Bautei- len selbst, deren Positionierung bei der gegenseitigen Anlage und innerhalb der Lügeanlage herrühren, möglichst optimal zu kompensieren. Bei her- kömmliche Anlagen und Verfahren, bei denen in der Regel ein einziger, mittig angelegter Antrieb für die Zustellbewegungen der Werkzeug- aufspannung eingesetzt wird, kann zwar die Spannkraft während des Schweißvorgangs variiert werden, wie beispielsweise beim Vibrations- schweißen, weitergehende Konzepte zum Toleranzausgleich sind jedoch bislang nicht realisiert. Insbesondere kann kein Einfluss auf die Maßhaltig- keit des verschweißten Gesamtbauteils genommen werden, da die vom Spannantrieb beaufschlagte Werkstückaufnahme immer parallel zur ande- ren Werkstückaufnahme verfahren wird.

Die Erfindung löst die vorstehend erörterte Problematik in vorrichtungs- technischer Hinsicht durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale so- wie in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die im Anspruch 6 enthaltenen V erfahrens schritte .

Der vorrichtungstechnische Grundgedanke sieht demnach eine mechanisch lose Kopplung zwischen Spannantrieb und Lagerelement für die Werk- stückaufnahme derart vor, dass die beiden Werkstückaufnahmen während der Zustellung und Verspannung zueinander verkippbar sind.

Durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Bauteilhalterung besteht die Möglichkeit einer verbesserten Positionseinstellung der beiden Bauteile für deren Fügen, was die Maßhaltigkeit verbessert und entsprechend die Ausschussraten unter Erzielung eines signifikanten Kostenvorteils verrin- gert. Zudem kann durch diesen zusätzlichen Toleranzausgleich ein größe- res Prozessfenster beim Schweißen realisiert werden, was ebenfalls die Ausschussraten reduziert.

Bevorzugterweise ist die Kopplung zwischen dem Spannantrieb und dem Lagerelement für die Werkstückaufnahme eine schwimmende Lagerung, die beispielsweise dadurch besonders einfach realisierbar ist, wenn der Spannantrieb mit seinen einzelnen Antriebselementen von unten vertikal nach oben auf das Lagerelement zugreift und letzteres im wesentlichen lose - z.B. über entsprechende kalottenförmige Lagerpfannen - auf den Antrieb- selementen aufliegt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Spannan- trieb eine Mehrzahl von parallel in Zustellrichtung angeordneten und wir- kenden Linear- Antriebselementen, insbesondere Linear-Servoantrieben, auf, auf denen das als Lagerplatte ausgebildete Lagerelement der einen Werkstückaufnahme schwimmend gelagert ist.

So können beispielsweise 4 oder 8 einzeln ansteuerbare Servoantriebe zum Einsatz kommen, auf der die Lagerplatte mit der unteren Werkstückauf- nahme schwimmend gelagert ist.

Diese Linear- Antriebselemente können eine Positionserfassung und/oder Antriebskraft-Detektion aufweisen. Dies ermöglicht eine entsprechende Ansteuerung der Antriebselemente, sodass eine systematische Verkippung der die eine Werkstückaufnahme tragenden Lagerplatte und eine zielge- naue, individuelle Steuerung der Zustellbewegung der einzelnen Antrieb- selemente für einen optimalen Toleranzausgleich realisiert werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer sol- chen Füge Vorrichtung und umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Zustellen mindestens eines der Lagerelemente mithilfe der Linear- Antriebselemente bis zum Kontakt der beiden zu fügenden Bauteile gemäß einem vordefinierten System-Sollwert, insbesondere Spann- kraft-Sollwert mindestens eines der Linear-Antriebselemente, wobei die Werkstückaufnahmen sich in eine entsprechende Position zuei- nander einstellen,

- Festlegung der Kontaktposition als Referenzposition,

- während des Fügeprozesses, insbesondere Schweißprozesses, weite - re Ansteuerung der Linear-Antriebselemente ausgehend von der Re- ferenzposition gemäß mindestens einem vordefinierten Systempa- rameter, insbesondere gemäß einer vordefinierten Spannkraft und/oder einem vordefmierten Fügeweg der Linear- Antriebselemente, bis zum Erreichen eines Zielkriteriums, für den Systemparameter, und

- Beendigung des Fügeprozesses nach Erreichen des Zielkriteriums.

Diese steuerungstechnischen Maßnahmen nutzen die erfindungsgemäße Vorrichtung aus, um die umfassend erörterten Vorteile zu erzielen, die an dieser Stelle nicht wiederholt werden müssen.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen verschiedene System-Sollwerte als Steuerungsparameter vor, wie bei- spielsweise zur Festlegung der Referenzposition des die Zustellbewegung vollführenden Lagerelements vordefinierte Spannkraft-Sollwerte der An- triebselemente, die gleich sein, aber auch auf unterschiedliche Sollwerte - gegebenenfalls auch in Gruppen von Antriebselementen gebündelt - festge- legt werden können.

Während des Fügeprozesses, bei dem eine Zustellung des Lagerelementes mit der beweglichen Werkstückaufspannung in Richtung der festen Werk- stückaufspannung stattfindet, können verschiedene Steuerroutinen geson- dert oder abgestimmt aufeinander angewendet werden, zu deren besseren Verständnis auf die Beschreibung der entsprechenden Ausführungsbeispie- le verwiesen wird.

Kurz angerissen können die Linear- Antriebselemente durch die Steuerung beispielsweise individuell auf eine vordefinierte Spannkraft geregelt wer- den. Diese vordefinierte Spannkraft der einzelnen Linear- Antriebselemente kann dann ferner derart eingestellt werden, dass alle Linear- Antriebsele- mente zeitgleich ein für sie geltendes, individuelles Abschaltkriterium, also beispielsweise einen bestimmten Setz- oder Fügeweg, erreichen. Hat also ein Spannantrieb aufgrund der festgestellten Maßtoleranzen einen höheren Fügeweg zu durchlaufen als ein anderer Spannantrieb, so arbeiten diese beiden Spannantriebe dann mit so unterschiedlichen Spannkräften, dass sie die unterschiedlichen Fügewege in gleicher Zeit durchlaufen.

Alternativ zu den vorstehenden Regelstrategien kann nach Art einer Mas- ter-Slave-Steuerung auch während des Fügeprozesses das die höchste Spannkraft applizierende Linear- Antriebselement mit seinem Zustell- oder Fügeweg den Fügeweg der weiteren Linear- Antriebselemente direkt oder über eine Soll-Variation als Führungsgröße vorgeben.

Eine weitere Möglichkeit zur Ansteuerung der Linear- Antriebselemente kann darin bestehen, ausgehend von der Referenzposition die in der Steue- rung verfügbaren Formdaten des aus den zu fügenden Bauteilen herzustel- lenden Gegenstandes in die Zustellbewegung der Werkstückaufnahme ein- fließen zu lassen. Damit ist es dann möglich, die Spannantriebe aus einer Ausgangsstellung auf ihre jeweilige Referenzpositionen zu fahren, von de- nen ausgehend der von jedem Stellantrieb zum durchlaufende Fügeweg durch Differenzbildung zum Soll-Endmaß des Werkstücks von der Steue- rung zu ermitteln und die jeweiligen Spannkräfte der Stellantriebe dann entsprechend einer gewünschten Regelstrategie - zum Beispiel, wie oben erläutert, dass die Fügewege der einzelnen Stellantriebe in gleicher Zeit durchlaufen werden - eingestellt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah- rens beziehen sich auf das Zielkriterium für die Beendigung der Zustellung der Bauteile durch die Linear- Antriebselemente. So kann hierfür das Errei- chen eines vordefmierten Zustellweges oder einer definierten, gegenüber der Spannkraft während des Zustellvorganges höheren Grenzkraft herange- zogen werden. Letzteres stellt quasi eine Zustellung der Werkstückauf- nahme„auf Anschlag“ an die feste Werkstückaufnahme dar.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Perspektiv darstellung einer Laser- schweißanlage,

Fig. 2 eine höchst schematische, ausschnittsweise Schnittdarstel- lung der Laserschweißanlage,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für einen auf dieser Laserschweißan- lage durchgeführten Schweißprozess,

Fig. 4 ein Schaubild der Spannkräfte der einzelnen Linear- Antriebselemente der Laserschweißanlage,

Fig. 5 ein Zeit-Zustellweg-Diagramm dieser Linear- Antriebs- elemente, Fig. 6 und 7 Darstellungen analog Fig. 4 und 5 mit voneinander abwei- chenden Spannkräfte der Linear- Antriebselemente, sowie

Fig. 8 und 9 Zeit-Zustellweg-Diagramme für weitere alternative An- steuerungen der Lineal-Antriebselemente. Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, ist eine beispielhafte Vorrichtung zum Fügen als Laserschweißanlage ausgebildet, bei der eine untere Werkstück- aufnahme 1 ein erstes Bauteil 2, beispielsweise ein Leuchtengehäuse einer Kfz-Rückleuchte, und eine obere Werkstückaufnahme 3 ein zweites Bau- teil 4, beispielsweise die das Leuchtengehäuse abdeckende Lichtscheibe der Rückleuchte, für den Schweißprozess aufnimmt. Die obere Werkstück- aufnahme 3 ist über einen Sockel 5 an einer stationären Brücke 6 ortsfest positioniert, wobei das zweite Bauteil 4 beispielsweise durch Vakuum- Beaufschlagung in der Werkstattaufnahme 3 fixiert ist.

Die untere Werkstückaufnahme 1 ist auf einem Lagerelement in Form ei- ner im Wesentlichen horizontal angeordneten Lagerplatte 7 angeordnet, die durch einen als Ganzes mit SA bezeichneten Spannantrieb in vertikaler Zustehrichtung Z zur Realisierung der Zustellung des zweiten Bauteils 4 zum ersten Bauteil 2 hin und der Verspannung dieser beiden Bauteile 2, 4 angetrieben beweglich ist. Der Spannantrieb SA besteht aus acht vertikal gerichteten Linear-Antriebselementen in Form von Linear-Servoantrieben 8.1 bis 8.8, die in zwei im Rechteck angeordneten Vierergruppen in einer Grundplatte 18 positioniert sind.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, weist die Laserschweißanlage eine zentrale Steuerung 9 auf, die neben den Spannantrieb SA auch eine schematisch angedeutete Laserschweißeinrichtung LS mit Laserquelle 10, einer Abbil- dungsoptik 11 sowie einem Lichtleitkabel 17 dazwischen für den die Ver- schweißung der beiden Bauteile 2, 4 bewirkenden Laserstrahl 12 steuert.

Die Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 - von denen in Figur 2 nur der eine Linear-Servoantrieb 8.4 gezeigt ist - sind mit ihren Spindelmotoren 13 je- weils mit der Steuerung 9 verbunden. Ferner weisen die Linear- Servoantriebe jeweils einen Detektor 14 zur Erfassung der Vorschub- Position sowie einen Detektor 15 zur Erfassung der Spannkraft des jeweili- gen Linear-Servoantriebs 8.1 bis 8.8 auf. Diese Detektoren 14, 15 liefern ihre erfassten Werte an die Steuerung 9.

Wie in Fig. 2 ferner schematisch angedeutet ist, liegt die Lagerplatte 7 auf den Rund-Köpfen der Servoantriebe 8.1 bis 8.8 lose über eine kalottenför- mige Vertiefung 16 auf, sodass sich insgesamt eine schwimmende Lage- rung der Lagerplatte 7 auf den Linear-Servoantrieben 8.1 bis 8.8 ergibt, die ein durch den Pfeil V angedeutetes Verkippen der Lagerplatte 7 und damit der Werkstückaufnahmen 1, 3 relativ zueinander erlaubt.

Anhand von Fig. 3 soll nun der grundsätzliche Verfahrensablauf des Spann- und Schweißvorgangs erläutert werden. In den Zeichnungen nicht dargestellt ist, dass der Spannantrieb SA zunächst nach unten gefahren wird. Somit ist die Anlage geöffnet und die Bauteile 2, 4 werden in die un- tere Werkstückaufnahme 1 eingelegt - Schritt A.

Danach aktiviert die Steuerung 9 den Spannantrieb SA und fährt die Line- ar-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 gleichmäßig nach oben. Damit werden die Bauteilen 2, 4 in Arbeitsstellung gebracht - Schritt B.

Am Ende dieses Schritts B erfolgt die Bestimmung einer Referenzposition - Schritt C - indem die untere Werkstückaufnahme 1 mit den beiden Bau- teilen 2, 4 gegen die obere Werkstückaufnahme 3 auf Kontakt zugestellt wird. Die dabei aufgewendete Spannkraft wird für jeden Spannantrieb durch den jeweiligen Spannkraft-Detektor 15 erfasst und von der Steuerung 9 mit einem vordefinierten System-Sollwert, beispielsweise 2 kN, vergli- chen. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird die Position des entsprechenden Linear-Servoantriebs 8.1 bis 8.8 genullt und diese Kontaktposition als Re- ferenzposition für die Messung des weiteren Setzweges zwischen den bei- den Werkstückaufnahmen 1, 3 und dem entsprechenden beiden Bauteilen 2, 4 beim Laserschweißen festgelegt.

Danach erfolgt der Schweißvorgang - Schritt D -, bei dem die beiden Bau- teile 2, 4 im Bereich ihrer Schweißflansche 19, 20 miteinander durch Be- aufschlagung durch den Laserstrahl 12 in üblicher Weise miteinander ver- schweißt werden. Wie später noch anhand der Fig. 4 bis 9 näher erläutert wird, kann dabei mit verschiedenen Regelstrategien gearbeitet werden, bis ein entsprechendes Zielkriterium erreicht und damit der Schweißprozess durch Abschalten des Laserstrahls 12 beendet wird - Schritt E.

Danach wird das so aus den beiden Bauteilen 2, 4 gefügte Werkstück noch definiert unter Druck gehalten, bis der Kunststoff insbesondere im Bereich der aufgeschmolzenen Schweißnaht abgekühlt und eine dauerhafte Verbin- dung zwischen den beiden Bauteilen 2, 4 hergestellt ist - Schritt F.

Zur Entnahme des Werkstücks wird mithilfe des Spannantriebes SA die Lagerplatte 7 mit der Werkstückaufnahme 1 und dem kompletten Werk- stück nach unten in die Grundstellung gefahren - Schritt G - und das Werk- stück kann entnommen werden - Schritt H.

Im Folgenden werden nun die bereits angesprochenen Regelstrategien nä- her erörtert. So zeigt Fig. 4 die Einstellung der Spannkraft-Sollwerte FSOLL der acht Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 auf einen gemeinsamen, gleichen Wert von 2 kN. Jeder Linear-Servoantrieb wird dabei in den Schritten B und C so angesteuert, bis über seinen Spannkraft-Detektor 15 das Erreichen dieses Sollwerts erfasst wird. In der Praxis bedeutet dies, dass bei Toleran- zen beispielsweise im Bereich der Grenzflächen zwischen den beiden Bau- teilen 2, 4 die Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 ihren Nullpunkt individuell finden und entsprechend in leicht unterschiedliche Höhenpositionen als jeweilige Referenzposition gefahren werden.

Ausgehend von dieser Stellung können in einer ersten Alternative beim Schweißprozess - Schritt D - die Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 beim weiteren Vorschub mit einer vordefinierten Spannkraft von beispielsweise 2 kN individuell angesteuert werden. Damit ergibt sich zwar ein sehr ho- mogener Kraftverlauf beim Schweißprozess, wie aus Figur 5 deutlich wird, kann jedoch der dabei erzielte Zustellweg x (= Setzweg der Bauteile 2, 4 zueinander) aufgrund des Schmelzprozesses zwischen den beiden Bautei- len 2, 4 von Antrieb zu Antrieb stark schwanken. Als Abschaltkriterium für die Beendigung des Schweißvorgangs kann beispielsweise das Erreichen eines Soll-Setzweges aller Antriebe von 0,5 mm definiert werden.

Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Alternative für die Steuerung des Schweißprozesses werden für den Schritt C für die unterschiedlichen Line- arstellantriebe 8.1 bis 8.8 unterschiedliche Spannkraft-Sollwerte FSOLL vor- defmiert. So sind für die Linearantriebe 8.1 bis 8.4 übereinstimmende Wer- te von 1,8 kN definiert, während die in der hinteren Reihe angeordneten Linearantriebe 8.5 bis 8.8 mit ca. 2,3 kN bzw. 2,5 kN beaufschlagt werden, um die Referenzposition festzulegen. Damit können diese Ausgangspositi- onen der einzelnen Linear-Servoantriebe sogar noch deutlicher voneinan- der abweichen, als beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Wie jedoch aus Fig. 7 deutlich wird, wird beim folgenden Abschweißen unter Regelung der Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 auf eine definierte Soll-Spannkraft ein erheblich homogenerer Verlauf des Zustellweges x erzielt. Dies verbessert die Maßhaltigkeit des aus den Bauteilen 2, 4 hergestellten Werkstücks deutlich.

Bei der anhand von Fig. 8 zu erläuternden Regelstrategie für den Schweiß- prozess wird analog den vorherigen Verfahrensweisen wieder davon aus- gegangen, dass der Nullpunkt der einzelnen Linear-Servoantriebe und dementsprechend die Referenzposition für den Schweißvorgang wieder über das Erreichen einer definierten Soll-Spannkraft eingestellt wird. Dann werden aber für den Schweißprozess die Linear-Servoantriebe steuerungs- technisch gekoppelt, sodass der Antrieb, bei dem die höchste Gegenkraft mithilfe des Spannkraftdetektors 15 ermittelt wird, als Führungsachse her- angezogen wird, die den Zustellweg x für alle Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 vorgibt. Dementsprechend sind in Fig. 8 deren Zustellwege innerhalb der Anlagentoleranzen übereinstimmend. Naturgemäß ist der Zustellvor- gang und damit der erzielte Setzweg sehr homogen, was der Maßhaltigkeit des Werkstücks wieder zugutekommt. Allerdings ergeben sich dadurch schwankende Spannkräfte während des Schweißprozesses. Als Abschalt- kriterium für den Schweißvorgang wird wieder das Erreichen eines Soll- Zustellweges von beispielsweise 0,5 mm festgelegt.

Anhand von Fig. 9 ist eine Abwandlung der Regelungsstrategie gemäß Fi gur 8 zu erläutern. Hier dient zwar wieder der die höchste Spannkraft auf- bringende Linear-Servoantrieb als Führungsachse, dieser gibt jedoch nur für eine Gruppe von Linear-Servoantrieben einen übereinstimmenden Setz- bzw. Zustellweg vor (unterer Graph in Fig. 9). Eine zweite Gruppe von Linear-Servoantrieben wird so gesteuert, dass diese einen deutlich höheren Zustellweg durchlaufen (oberer Graph in Fig. 9). Damit können Toleranzen noch besser ausgeglichen werden. Insbesondere kann die Maßhaltigkeit des Gesamtbauteils auch bei maßlichen Abweichungen der einzelnen Bauteile 2, 4 sichergestellt werden. Das Abschaltkriterium in diesem Fall kann das Erreichen eines individuellen Soll-Setzweges sein.

Abschließend sind noch zeichnerisch nicht dargestellte Varianten für Re- gelstrategien beim Schweißen zu ergänzen, bei denen wiederum die Refe- renzposition wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen definiert wird.

In einer Variante kann die Maßhaltigkeit der einzelnen Bauteile durch eine individuelle Setzwegeinstellung gewährleistet werden, wobei die Ist-

Abmessung des Bauteils über die Bestimmung der Referenzpositionen er- mittelt und die Soll- Abmessung aus den CAD-Daten des Bauteils bekannt ist. Durch einen Vergleich von Ist- und Soll- Abmessung kann ein lokal benötigter Zustellweg von der Steuerung 9 berechnet und über eine ent- sprechende Ansteuerung der einzelnen Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 individuell realisiert werden. Auswahlkriterien können auch hier wieder sein, dass jeder Linear-Servoantrieb seinen individuellen Soll-Setzweg er- reicht hat, wobei die ihre Vorschubgeschwindigkeit bestimmende Spann- kraft der einzelnen Linear-Servoantriebe 8.1 bis 8.8 entsprechend dem Soll-Setzweg der einzelnen Antriebe so eingestellt werden kann, dass die Soll-Setzwege in gleicher Zeit durchfahren werden und somit das Ab- schmelzen der Bauteile 2, 4 an allen Punkten der Schweißnaht zeitgleich endet. In einer weiteren Variante kann nach Art eines Anschlagschweißens gear- beitet werden, indem jeder Linear-Servoantrieb individuell kraftgeregelt wird. Wird eine vordefinierte Soll-Spannkraft mithilfe des jeweiligen Spannkraft-Detektors 15 an einem jeweiligen Linear-Servoantrieb als über- schritten gemessen, so wird daraus gefolgert, dass im Bereich dieses Line- ar-Servoantriebs die Werkstückaufnahmen 1, 3 mit den Bauteilen 2, 4„auf Block“ gefahren sind, sodass der Linear-Servoantrieb abgeschaltet wird.