Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung 10 2013 217 647.3 wird durch 5 Bezugnahme hierin aufgenommen.

Die Erfindung betrifft eine strahlgestützte Fügemaschine und insbesondere eine Laser-Durchstrahl-Schweißeinrichtung mit den im Oberbegriff des

Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

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Derartige Fügemaschinen können neben der erwähnten Laser-Durchstrahl- Schweißeinrichtung auch durch Laser-Stumpfschweiß-, Laser-Löt-Anlagen oder dergleichen realisiert werden.

15 Wie beispielsweise aus der DE 10 2007 042 739 AI bekannt ist, weisen

strahlgestützten Fügemaschinen einen Strahlkopf zur Bereitstellung eines die Fügenaht zwischen den beiden Bauteilen erzeugenden Fügestrahls, eine Aufnahme zur Lagerung eines ersten Bauteils und eine Spannvorrichtung zum Spannen der beiden Bauteile auf. Bei der Spannvorrichtung gemäß der 0 vorgenannten Druckschrift ist ein Innenspannstempel vorgesehen, der die

Spannkraft in die von der Schweißnaht umrandete Fläche einleitet. Eine andere Ausführungsform - die oben bereits erwähnte DCD-Technik - dieser Spannvorrichtung beruht auf dünnen Stegen, die einen Außenspannrahmen mit dem Innenspannstempel mechanisch verbinden. Dabei ergibt sich zwi- 5 sehen Außen- und Innenspanntechnik ein hinreichender Spalt um die

Schweißnaht auszubilden. Auch eine Halterung des Innenspannstempels über eine transparente Glasplatte ist bekannt. Problematisch ist diese Art von Spannvorrichtung für eine dreidimensional verlaufende Fügenaht, da dann der rahmenförmige Innenspannbacken bzw. die von außen nach innen greifenden, einzelnen Spannbacken in ihrer Lagerung und Konstruktion sehr aufwändig werden. Nachteilig bei der Ver- wendung der oben erläuterten Stempelspanntechnik in Kombination mit dem Konturschweißverfahren ist ferner die verhältnismäßig schlechte Spaltüberbrückbarkeit. Diese kommt dadurch zustande das der Spannstempel in vollflächigem Kontakt zum Bauteil steht, das Material jedoch nur punktuell plastifiziert wird.

Die DE 101 33 956 AI offenbart eine Spannvorrichtung zum Laserlöten oder Laserschweißen, bei der ein dort so bezeichnetes Geometriespannmittel vorgesehen ist, das eine der Kontur des jeweiligen Bauelementes angepasste Form aufweist. Durch einen Unterdruck, der insbe- sondere durch eine Vielzahl einzelner Saugnäpfe erzeugt wird, legt sich das Bauelement gegen eine Oberfläche der Form kraftschlüssig und flächig an. Die offenbarte Spannvorrichtung ist dabei ebenfalls sehr komplex und aufgrund der verwendeten Saugnäpfe problematisch bei der Spannung von Bauteilen mit dreidimensional verlaufender Fügenaht.

Die DE 100 60 394 AI offenbart eine Vorrichtung zur Fixierung von mittels eines Lasers zu schweißenden Bauteilen. Dabei sind die Spannbacken aus einem für den Laserstrahl transmissiven Werkstoff gefertigt. Zum aktuellen Stand der Spanntechnik ist festzuhalten, dass hauptsächlich die oben bereits erwähnten Innenspannstempel zum Einsatz kommen, die als dreidimensionale Negativ-Formen des oberen Bauteils ausgeführt sind. Diese haben verschiedene Nachteile, wie beispielsweise die mit ihrer Herstellung verbundenen hohen Kosten. Ferner können empfindliche Oberflächen der zu verbindenden Bauteile ein Problem darstellen. Dann müssen bei den bekannten Spanntechniken besondere Vorkehrungen getroffen werden, um eine Kratzerbildung an den Werkstücken zu vermeiden.

Ein weiteres Problemfeld ist die notwendige konstante Verteilung der Spannkraft entlang der Schweißnaht beim Laserschweißen von Kunststoffen. Werden die Fertigungstoleranzen der Bauteilaufnahme einerseits und die der zu bearbeitenden, beispielsweise spritzgegossenen Bauteile andererseits berücksichtigt, so ist die Sicherstellung einer konstanten Spannkraftverteilung schwierig. Auch lässt die im Stand der Technik beschriebene„starre" Spanntechnik bei der Verwendung insbesondere eines Konturschweißprozesses keinerlei Abschmelzweg zu. Dies liegt daran, dass bei dieser Verfahrensvariante der Laserstrahl verhältnismäßig langsam entlang der Schweißkontur geführt wird. Hierbei ist ständig nur ein sehr kleiner Bereich der Naht aufgeschmolzen, die umliegenden, unplastifizierten Bereiche verhindern ein Setzen des transparenten, oberen Bauteils gegenüber dem unteren.

Zum aktuellen Stand der Spanntechnik sind schließlich noch lokale Spanntechniken zu erwähnen, die die zu verschweißenden Bauteile an der Stelle der aktuellen Verschweißung punktuell zusammenpressen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Spannrolle oder einer zugleich als optisches Element benutzten Glaskugel erfolgen.

Diese punktuellen Spanntechniken weisen ebenfalls den Nachteil auf, dass sie zu Beschädigungen der Bauteiloberiläche führen können. Des Weiteren führt der Umstand, dass diese Spanntechniken fest am Schweißkopf ver- baut sind und bis auf das Bauteil hinunter ragen, dazu, dass eine Vielzahl von Bauteilgeometrien gar nicht bearbeitbar sind, da es zu einer Kollision zwischen Spanntechnikkomponenten und Bauteil kommen würde. Ausgehend von den geschilderten Problemen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine strahlgestützte Fügemaschine hinsichtlich ihrer Spannvorrichtung zum Spannen der Bauteile so zu verbessern, dass eine hohe Spannkraft auch bei einer Fügenaht mit komplexem Verlauf in wirkungsvoller und flexibler Weise auf die Bauteile aufgebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird konzeptionell durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist das Spannmittel durch einen die beiden Bauteile beaufschlagenden, flexiblen Spann- schlauch gebildet, der mit seinem Querschnitt zwischen dem Spannrahmen und den Bauteilen angeordnet ist. Die Spannkraft auf die Bauteile wird durch eine Beaufschlagung des Schlauchvolumens mit einem Druckfluid erzeugt. Die Funktion der Bauteilspannung wird also durch eine flexible Komponente in Form des Spannschlauches übernommen, der eine sehr gleichmäßige Verteilung der Spannkraft über die Bauteile hinweg gewährleistet. Auch werden durch diese Schlauchtechnik die Bauteile in besonderem Maße geschont, da die Spannkraft über die gesamte Spannzone durch ein fle- xibles Element aufgebracht wird. Aufgrund der Flexibilität dieses Spannmittels müssen auch keine exakt an die Formgebung der zu spannenden Bauteile angepassten Klemmmittel bereitgestellt werden. Es genügt, wenn der Spannschlauch an einem grob der Form der zu spannenden Bauteile folgenden Spannrahmen angebracht ist. Letzterer kann im Übrigen auch als für den Fügestrahl transparenter Deckel ausgebildet sein.

Die Flexibilität des Spannschlauches bringt auch den Vorteil mit sich, dass Setzwege der Bauteile während des Fügens ungehindert vonstatten gehen können. Somit können auch Bauteiltoleranzen besser ausgeglichen werden.

Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So ist eine besonders wirkungsvolle Spannung der Bauteile gewährleistet, wenn der Spannschlauch entlang dem Spannrahmen verläuft und die beiden Bauteile in ihrem umlaufenden Randbereich - also entlang der Fügezone - mit der Spannkraft beaufschlagt. Der Aufbringungsort der Spannkraft auf die Bauteile und die Wirkungszone der Spannkraft liegen damit optimal nah beieinander.

Um ein Fügen der Bauteile auch in dem von dem Spannschlauch überdeckten Bereich der Bauteile möglich zu machen, besteht der Spannschlauch aus einem für den Fügestrahl transmissiven Material. Als Druckfluid ist Druckluft von Vorteil, da diese ebenfalls für den Fügestrahl hochtransmissiv ist und als Arbeitsmedium in der Regel an Produktionsorten verfügbar ist.

Bevorzugtermaßen besteht der Spannschlauch aus einem elastischen Mate- rial, so dass gleichbleibende Spanneigenschaften auch über eine längere Betriebsdauer der Fügenmaschine gewährleistet ist. Eine hohe Elastizität bei gleichzeitiger Widerstandskraft gegenüber höheren Prozesstemperaturen ist für das Schlauchmaterial von Vorteil. Erfüllt werden diese Eigenschaften beispielsweise durch PTFE- oder ETFE- Schläuche. Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen die Umsetzung der Spannschlauch-Konzeption in eine Innen-, Außen- oder kombinierte Spanntechnik. So kann der Spannschlauch außen an einem innerhalb der Fügenahtkontur der Bauteile angeordneten Spanrahmen positioniert sein, eine lagenbezogen umgekehrte Positionierung ist ebenfalls möglich. Als Kombination beider Varianten können kombinierte Innen- und Außenrahmen verwendet werden, die beispielsweise über die oben zum Stand der Technik erwähnte DCD- Spanntechnik miteinander verbunden sind.

Weitere alternative Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes betreffen die Ausbildung des Spannschlauches selbst als entweder geschlossener Ringschlauch oder als endseitig offener Schlauch. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen: einen Schnitt durch eine Spannvorrichtung mit schematisch dargestelltem Strahlkopf,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung in geschlossenem Zustand, und Fig. 3 einen schematischen Schnitt der Spannvorrichtung gemäß der

Schnittlinie III- III nach Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, weist die gezeigte, als Beispiel für strahlgestützte Fügemaschine herangezogene Laser-Durchstrahl- schweißeinrichtung einen Strahlkopf 1 auf, zu dem von einer nicht näher dargestellten Laserquelle ein für das übliche Durchstrahlschweißen geeigneter Laserstrahl L herangeführt wird. Der Strahlkopf 1 ist - wie ebenfalls nicht näher dargestellt ist - durch eine entsprechende Mehrachsen- Handhabungsvorrichtung entsprechend der dreidimensionalen Kontur der herzustellenden Schweißnaht 5 (siehe Fig. 3) zwischen den beiden in der Spannvorrichtung 2 gehaltenen Bauteilen 3, 4 eines als Hohlkörper ausgebildeten Produkts geführt. Bei diesem Produkt kann es sich beispielsweise um eine Rückleuchteneinheit eines Kraftfahrzeuges handeln, wobei das erste Bauteil 3 durch das rückseitige Gehäuse der Leuchte gebildet ist. Dieses Gehäuse besteht aus einem laserabsorbierenden Material, wogegen die lasertransmissive und lichtdurchlässige Abdeckung der Leuchte das zweite Bauteil 4 bildet. Die beiden Bauteile 3, 4 werden zum Verschweißen in der Spannvorrichtung 2 mit einer entsprechenden Spannkraft F beaufschlagt, um eine einwandfreie, durchgehende Fügenaht in Form einer Schweißnaht 5 (siehe Fig. 3) zwischen den beiden Bauteilen zu erzeugen. Das untere, gehäuseartige Bauteil 3 wird dabei in eine Aufnahme 6 der Spannvorrichtung 2 in einer definierten Position eingelegt. Dazu weist die Aufnahme 6 eine dem Bauteil 3 in der Form angepasste Aufnahmeöffnung 7 auf, deren Boden 8 als Auflagefläche für das Bauteil 3 dient. Als eigentliche Spannvorrichtung fungiert ein entlang der Kontur der

Schweißnaht 5 umlaufender Spannschlauch 9 aus einem sehr elastischen, für den Laserstrahl L hochtransmissiven PTFE-Material, der an einem Rahmendeckel 12 angebracht ist. Dazu ist der Spannschlauch 9 in einer als Hohlkehle ausgebildeten Montagefläche 10 an den entsprechenden, den Rahmendeckel 12 bildenden Rahmenstreben 13 mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes befestigt.

Wie insbesondere aus Fig. 3 deutlich wird, erstreckt sich der Spann- schlauch mit seinem Querschnitt zwischen dem als Ganzes mit 1 1 bezeichneten, durch den Rahmendeckel 12 gebildeten Spannrahmen und den Bauteilen 3, 4.

Der als umlaufender Ringschlauch ausgebildete Spannschlauch 9 ist - wie in Fig. 3 angedeutet ist - mit einem Anschluss 15 für eine Druckluftleitung 16 versehen, die - wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist - mit einer geeigneten Druckluftquelle 17 verbunden ist. Durch die Beaufschlagung des Schlauchlumens SL mit Druckluft wird nun die Spannkraft F auf die Bauteile 3, 4 aufgebracht.

Der Rahmendeckel 12 selbst ist an einer Schmalseite über angeformte Lagerflansche 18 an einem Lagerbock 19 an der Aufnahme 6 mit Hilfe des Lagerbolzens 20 schwenkbar angelenkt. Der Lagerbolzen 20 ist beidseitig mit nicht näher dargestellten Sicherungsringen in seiner in Fig. 2 gezeigten Montageposition gesichert. Der Lagerbock 19 ist mit der Aufnahme 6 vierfach verschraubt.

Zur Fixierung des Rahmendeckels 12 in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Stellung ist ein Schnellspann- Verschluss 21 mit einem Betätigungs- griff 22, einem daran schwenkbar gelagerten Haltebügel 23 und einem Haken 24 am Rahmendeckel 12 vorgesehen. Der Schnellspann- Verschluss 21 basiert in seiner Funktion auf einer üblichen Übertotpunkt-Kinematik. Nach dem Einsetzen der Bauteile 3, 4 und dem Schließen des vorstehend beschriebenen Rahmendeckels werden die Bauteile 3, 4 durch Drackluft- beauschlagung des Schlauchlumens SL verspannt. Damit kann der

Schweißprozess beginnen, wobei der Laserstrahl L sowohl den Spann- schlauch 9 als auch das transparente obere Bauteil 4 durchdringt. Er wird in üblicher Weise vom unteren Bauteil 3 absorbiert, wodurch ein Aufschmelzen mit entsprechendem Wärmeübertrag zum oberen Bauteil 4 mit einer entsprechenden stoffschlüssigen Verbindung zur Bildung der Schweißnaht 5 erfolgt. Nach Beendigung des Schweißprozesses wird der Spannschlauch belüftet und damit die Spannkraft F weggenommen, der Rahmendeckel 12 kann geöffnet und das so fertig geschweißte Produkt aus der Spannvorrichtung 2 entnommen werden.