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Patent Searching and Data


Title:
JOINING METHOD AND JOINING DEVICE FOR CARRYING OUT THE JOINING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/019809
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a joining method for joining two parts to be joined (12, 14), in particular a laser welding method, wherein at least one working beam (6), generated with a beam generation unit (4) controlled in an open-loop or closed-loop manner by a control unit, acts on an irradiation point (8) of a surface (10) of at least one part to be joined in a material-softening or -melting manner, wherein a shielding means (16) that is impermeable to the radiation of the working beam (6) is arranged between the beam generation unit (4) and the parts to be joined (12, 14). According to the invention, in order to permit a joining quality control occurring during the joining process, the temperature of the irradiation point (8) is measured by means of a heat radiation measuring unit (18) arranged on a side of the shielding means (16) facing away from the two parts to be joined (12, 14), and the shielding means (16) substantially absorbs radiation in the wavelength range of the working beam (6) and the measurement range of the heat radiation measuring unit (18). The invention also relates to a joining device (2) for carrying out the joining method according to the invention.

Inventors:
FIEGLER GEORG (DE)
HAKE LEON-CORNELIUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/068718
Publication Date:
February 01, 2018
Filing Date:
July 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HELLA GMBH & CO KGAA (DE)
International Classes:
B29C65/16; B29C65/14
Foreign References:
EP0997261A12000-05-03
JP2003225946A2003-08-12
DE102005000002A12006-07-20
EP0997261B92001-04-11
Other References:
HIERL S ET AL: "Laserstrahl - Kunststoffschweißen in der Automobilelektronik", 1 January 2000, LASER IN DER ELEKTRONIKPRODUKTION & FEINWERKTEC,, PAGE(S) 53 - 68, XP009189061
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Claims:
Fügeverfahren und Fügeeinrichtung zur Durchführung des Fügeverfahrens

Patentansprüche

1 . Fügeverfahren zum Fügen von zwei Fügeteilen, insbesondere Laserschweißverfahren,

bei dem mindestens ein mit einer durch eine Steuereinheit gesteuerten oder geregelten Strahlerzeugungseinheit erzeugter Arbeitsstrahl auf einen Bestrahlungsfleck einer Oberfläche mindestens eines Fügeteiles materialerweichend oder -schmelzend einwirkt, wobei zwischen der Strahlerzeugungseinheit und den Fügeteilen ein für die Strahlung des Arbeitsstrahles undurchlässiges Abschirmmittel angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass mittels einer auf einer den beiden Fügeteilen (12, 14) abgewandten Seite des Abschirmmittels (16; 22) angeordneten Wärmestrahlungsmesseinheit (18) die Temperatur des Bestrahlungsflecks (8) gemessen wird und das Abschirmmittel (16; 22) Strahlung in dem Wellenlängenbereich des Arbeitsstrahles (6) und des Messbereichs der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) im Wesentlichen absorbiert.

2. Fügeverfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Arbeitsstrahl (6) der Strahlerzeugungseinheit (4) und/oder ein Strahlungsempfänger der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) mittels der Steuereinheit während des Fügeprozesses derart bewegt wird/werden, dass ein Messfleck (20) der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) während des gesamten Fügeprozesses innerhalb des Bestrahlungsflecks (8), insbesondere das Zentrum (21 ) des Bestrahlungsflecks (8) abdeckend, bleibt.

3. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass mittels einer mit der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) signalübertra- gend verbundenen Ausgabeeinheit eine akustische und/oder optische Warnung in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob ein oder mehrere Messwerte der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) eine vorher festgelegte Unter- und/oder Obergrenze unter- und/oder überschreiten.

4. Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strahlerzeugungseinheit (4) und/oder ein Antrieb der Strahlerzeugungseinheit (4) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Messwerte der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) gesteuert oder geregelt wird/werden.

5. Fügeeinrichtung zum Fügen von zwei Fügeteilen, insbesondere Laserschweißeinrichtung, zur Durchführung eines Fügeverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer mittels einer Steuereinheit gesteuerten oder geregelten Strahlerzeugungseinheit, die im Betrieb der Fügeeinrichtung mit mindestens einem Arbeitsstrahl auf einen Bestrahlungsfleck einer Oberfläche mindestens eines Fügeteiles materialerweichend oder -schmelzend einwirkt, wobei zwischen der Strahlerzeugungseinheit und den Fügeteilen ein für die Strahlung des Arbeitsstrahles undurchlässiges Abschirmmittel angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf der den beiden Fügeteilen (12, 14) abgewandten Seite des Abschirmmittels (16; 22) eine Wärmestrahlungsmesseinheit (18) zur Messung der Temperatur des Bestrahlungsflecks (8) angeordnet ist und das Abschirmmittel (16; 22) in dem Wellenlängenbereich des Arbeitsstrahles (6) und des Messbereichs der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) im Wesentlichen absorbierend ausgebildet ist.

6. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Wärmestrahlungsmesseinheit (18) als ein Pyrometer (18) oder als eine Wärmebildkamera ausgebildet ist.

7. Fügeeinrichtung (2) nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Wärmestrahlungsmesseinheit (18) an oder in der Strahlerzeugungseinheit (4) angeordnet ist.

8. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Messfleck (20) der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) derart ausgebildet ist, dass dieser im Betrieb der Fügeeinrichtung (2) das Zentrum (21 ) des Bestrahlungsflecks (8) abdeckt und kleiner als der Bestrahlungsfleck (8) ist, insbesondere ist die Fläche des Messflecks (20) kleiner oder gleich 80% der Fläche des Bestrahlungsflecks (8).

9. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Messbereich der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) auf größer o- der gleich 180°C, insbesondere größer oder gleich 80°C, eingestellt ist.

10. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Maximum der Messempfindlichkeit der Wärmestrahlungsmesseinheit (18) in einem Spektralbereich von 1 ,9 μιτι bis 2,4 μιτι, insbesondere 1 ,9 μιτι bis 2,1 μιτι, liegt.

1 1 . Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Abschirmmittel (16) als eine Schweißmaske (16) der Fügeeinrichtung (2) ausgebildet ist.

12. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass das Absch irnnnnittel (22) als ein separates Bauteil (22) der Fügeeinrichtung (2) ausgebildet ist.

13. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Absch irnnnnittel als eine Beschichtung eines Bauteils der Fügeeinrichtung, insbesondere einer Schweißmaske, ausgebildet ist.

14. Fügeeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Abschirmmittel (16; 22) aus Edelstahl oder Aluminiumkeramik hergestellt ist oder eine Beschichtung aus Edelstahl oder Aluminiumkeramik aufweist.

Description:
Fügeverfahren und Fügeeinrichtung zur Durchführung des Fügeverfahrens

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fügeverfahren und eine Fügeeinrichtung zur Durchführung des Fügeverfahrens.

Derartige Fügeverfahren und Fügeeinrichtungen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.

Aus der EP 0 997 261 B9 ist beispielsweise ein Laserfügeverfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von verschiedenen Kunststoffen oder Kunststoff mit anderen Materialien bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wirkt ein mit einer durch eine Steuereinheit gesteuerten oder geregelten Strahlerzeugungseinheit erzeugter Laserstrahl auf einen Bestrahlungsfleck einer Oberfläche eines Fügeteiles materialschmelzend ein, wobei zwischen der Strahlerzeugungseinheit und den Fügeteilen ein für den Laserstrahl undurchlässiges Abschirmmittel angeordnet ist.

Das Abschirmmittel dient als Schweißmaske, um sehr feine Konturen aus dem Gebiet der Mikromechanik und Mikrosystemstechnik mittels eines linienförmigen Laserstrahls zu schweißen.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine während des Fügeprozesses erfolgende Fügequalitätskontrolle zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Fügeverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Fügeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens sowie der erfin- dungsgemäßen Fügeeinrichtung liegt insbesondere darin, dass die Fügequalitätskontrolle berührungslos erfolgt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Fügeteilen, bei denen sich die Fügefläche nicht an der Oberfläche der gefügten Fügeteile, sondern im Inneren des dadurch hergestellten Teils befindet. Darüber hinaus unterliegt eine berührungslose Kontrolle keinem durch die Berührung mit den Fügeteilen verursachten Verschleiß; entsprechend werden auch die Fügeteile durch die Kontrolle nicht beschädigt.

Die Messung der Temperatur des Bestrahlungsflecks liefert dabei eine sichere Aussage über die Qualität der Verbindung, beispielsweise der Schweißnaht. Hierfür ist es erforderlich, mit der Wärmestrahlungsmesseinheit ein ausreichend hohes Messsignal zu empfangen. Ferner sind Störsignale von der Wärmestrahlungsmesseinheit fernzuhalten; also Messsignale, die nicht von dem Bestrahlungsfleck stammen. Beides wird durch das Abschirmmittel gewährleistet.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens sieht vor, dass der Arbeitsstrahl der Strahlerzeugungseinheit und/oder ein Strahlungsempfänger der Wärmestrahlungsmesseinheit mittels der Steuereinheit während des Fügeprozesses derart bewegt wird/werden, dass ein Messfleck der Wärmestrahlungsmesseinheit während des gesamten Fügeprozesses innerhalb des Bestrahlungsflecks, insbesondere das Zentrum des Bestrahlungsflecks abdeckend, bleibt. Hierdurch ist die Genauigkeit der Temperaturmessung gesteigert und damit eine verbesserte Aussage über die Qualität der Verbindung erzielt.

Im Idealfall sind die Zentren des Messflecks und des Bestrahlungsflecks während des gesamten Fügeprozesses deckungsgleich. Eine gute Lagetreue der Zentren zueinander lässt sich beispielsweise durch einen als Achssystem ausgebildeten Antrieb der Strahlerzeugungseinheit erzielen. Eine Bewegungsumkehr, also die Bewegung der Fügeteile anstelle der Strahlerzeugungseinheit, ist von der Erfindung mit umfasst. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens sieht vor, dass mittels einer mit der Wärmestrahlungsmesseinheit signalübertragend verbundenen Ausgabeeinheit eine akustische und/oder optische Warnung in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob ein oder mehrere Messwerte der Wärmestrahlungsmesseinheit eine vorher festgelegte Unter- und/oder Obergrenze unter- und/oder überschreiten. Auf diese Weise ist ein schneller Eingriff durch eine Bedienperson ermöglicht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Strahlerzeugungseinheit und/oder ein Antrieb der Strahlerzeugungseinheit in Abhängigkeit eines oder mehrerer Messwerte der Wärmestrahlungsmesseinheit gesteuert oder geregelt wird/werden. Hierdurch ist der Automatisierungsgrad gesteigert, was zu einer Entlastung der Bedienperson führt.

Beispielsweise kann es sich um die Steuerung oder Regelung der Verfahrgesch windigkeit des Arbeitsstrahls oder von dessen Leistung handeln, um so eine homogene Fügequalität über einen längeren Fügebereich, beispielsweise eine Schweißnaht, zu erzielen.

Grundsätzlich ist die Wärmestrahlungsmesseinheit nach Art und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Voreilhafterweise ist die Wärmestrahlungsmesseinheit als ein Pyrometer oder als eine Wärmebildkamera ausgebildet.

Pyrometer sind bewährte Wärmestrahlungsmesseinheiten, die eine schnelle Temperaturmessung ermöglichen.

Wärmebildkameras haben gegenüber Pyrometern den Vorteil, dass eine größere Fläche gleichzeitig kontrolliert werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung sieht vor, dass die Wärmestrahlungsmesseinheit an oder in der Strahlerzeugungseinheit angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine kompakte Bauweise der Fügeeinrichtung ermöglicht.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung sieht vor, dass ein Messfleck der Wärmestrahlungsmesseinheit derart ausgebildet ist, dass dieser im Betrieb der Fügeeinrichtung das Zentrum des Bestrahlungsflecks abdeckt und kleiner als der Bestrahlungsfleck ist, insbesondere ist die Fläche des Messflecks kleiner oder gleich 80% der Fläche des Bestrahlungsflecks. Hierdurch ist die Genauigkeit der Temperaturmessung gesteigert und damit eine verbesserte Aussage über die Qualität der Verbindung erzielt.

Grundsätzlich sind der Messbereich der Wärmestrahlungsmesseinheit sowie die Lage der maximalen Messempfindlichkeit der Wärmestrahlungsmesseinheit in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar.

Zweckmäßigerweise ist der Messbereich der Wärmestrahlungsmesseinheit auf größer oder gleich 180°C, insbesondere größer oder gleich 80°C, eingestellt.

Ferner ist es sinnvoll, dass das Maximum der Messempfindlichkeit der Wärmestrahlungsmesseinheit in einem Spektralbereich von 1 ,9 μιτι bis 2,4 μιτι, insbesondere 1 ,9 μιτι bis 2,1 μιτι, liegt.

Die beiden vorgenannten Weiterbildungen sind insbesondere vorteilhaft bei Fügeteilen, bei denen mindestens ein Fügeteil als ein Kunststoffteil ausgebildet ist.

Das Abschirmmittel ist nach Art, Material, Form, Dimensionierung und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar.

Vorteilhafterweise ist das Abschirmmittel als eine Schweißmaske der Fügeeinrichtung ausgebildet. Hierdurch ist das Abschirmmittel auf konstruktiv besonders einfache und platzsparende Weise realisiert. Eine dazu alternative Weiterbildung sieht vor, dass das Abschirnnnnittel als ein separates Bauteil der Fügeeinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich das Abschirnnnnittel besonders gut nach dessen Funktion gestalten. Auch ist es dadurch möglich, voneinander verschiedene Abschirnnnnittel zu bevorraten und je nach Anwendungsfall die erfindungsgemäße Fügeeinrichtung auf das geeignete Abschirnnnnittel umzurüsten, ohne das andere Bauteile der Fügeeinrichtung gewechselt werden müssen.

Eine andere alternative Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung sieht vor, dass das Abschirmmittel als eine Beschichtung eines Bauteils der Fügeeinrichtung, insbesondere einer Schweißmaske, ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Abschirmmittel sehr platz- und materialsparend verwirklicht.

Zweckmäßigerweise ist das Abschirmmittel aus Edelstahl oder Aluminiumkeramik hergestellt oder es weist eine Beschichtung aus Edelstahl oder Aluminiumkeramik auf. Vorzugsweise ist das Abschirm mittel gewalzt und/oder die Oberfläche des Abschirmmittels aufgeraut, beispielsweise dadurch, dass diese vorab mit aufrauenden Mitteln bestrahlt worden ist.

Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 a ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung in einer vereinfachten, geschnittenen Frontansicht;

Fig. 1 b den Bestrahlungsfleck und den Messfleck des ersten Ausführungsbeispiels in einer Detailansicht von oben und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung in einer zur Fig. 1 a analogen Darstellung.

Im Nachfolgenden wird das erfindungsgemäße Fügeverfahren und die erfindungsgemäße Fügeeinrichtung anhand der Fig. näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind in den Fig. mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine als Konturlaserschweißeinrichtung ausgebildete Fügeeinrichtung 2 mit einer als Konturschweißkopf ausgebildeten Strahlerzeugungseinheit 4. Der Konturschweißkopf 4 wird durch eine nicht dargestellte Steuereinheit der Konturlaserschweißeinrichtung 2 gesteuert.

Im Betrieb der Fügeeinrichtung 2 wirkt der Konturschweißkopf 4 mit einem durch einen Pfeil symbolisch dargestellten als Laserstrahl ausgebildeten Arbeitsstrahl 6 auf einen Bestrahlungsfleck 8 einer Oberfläche 10 eines als laserstrahlabsorbierendes Kunststoffteil ausgebildetes erstes Fügeteil 12 materialschmelzend ein. Das Kunststoffteil 12 ist auf dem Fachmann bekannte Weise auf einer Aufnahme 13 gehalten.

Das zweite Fügeteil 14 ist als teilweise laserstrahltransparentes Kunststoffteil 14 ausgebildet, so dass der Laserstrahl 6 das Kunststoffteil 14 teilweise durchdringen kann, um das Kunststoffteil 12 an dessen Oberfläche 10 aufzuschmelzen.

Beide Kunststoffteile 12, 14 werden auf dem Fachmann bekannte Weise im Bereich des Bestrahlungsflecks 8 miteinander stoffschlüssig verbunden. Der Bestrahlungsfleck 8 ist hier kreisflächenartig ausgebildet. Jedoch sind auch andere Geometrien denkbar.

Zwischen dem Konturschweißkopf 4 und den Kunststoffteilen 12, 14 ist ein für die Strahlung des Laserstrahls 6 undurchlässiges Abschirmmittel 16 angeordnet. Das Abschirmmittel 16 ist hier als Schweißmaske 16 ausgebildet und aus Edelstahl hergestellt. Die Schweißmaske 16 dient dazu, die beiden Fügeteile 12, 14 vor der stoffschlüssigen Verbindung gegeneinander vorzuspannen, also gegeneinander zu drücken.

Ferner weist die Konturlaserschweißeinrichtung 2 eine als Pyrometer ausgebildete Wärmestrahlungsmesseinheit 18 zur Messung der Temperatur des Bestrahlungs- flecks 8 auf. Das Pyrometer 18 ist in den Konturschweißkopf 4 eingebaut und mit der nicht dargestellten Steuereinheit signalübertragend verbunden.

Hierfür weist der Konturschweißkopf 4 eine in der Blattebene links angeordnete Fasereinkopplung 4.1 auf, deren Laserstrahl 6 mittels eines teildurchlässigen Spiegels 4.2 in Richtung Kunststoffteile 12, 14 umgeleitet wird. Der Spiegel 4.2 reflektiert in dem Wellenlängenbereich des Laserstrahls 6 und ist für die Wärmestrahlung der gefügten Kunststoffteile 12, 14, zumindest im Messbereich des Pyrometers 18, teilweise durchlässig. Um ungewünschte Störstrahlung des Laserstrahls 6 von dem Pyrometer 18 fernzuhalten, ist hier zusätzlich ein Filter 4.3 eingebaut, das für Strahlung in dem Wellenlängenbereich des Laserstrahls 6 undurchlässig ist.

Der Edelstahl der Schweißmaske 16 weist die Bestandteile Chrom, Nickel, Zink, Eisen und Zinn auf. Die Zusammensetzung ist derart gewählt, dass die Schweißmaske 16 in dem Wellenlängenbereich des Laserstrahls 6 und des Messbereichs des Pyrometers 18 im Wesentlichen absorbierend, also reflexionsarm, ist.

Der Laserstrahl 6 weist hier eine Wellenlänge von 980 nm auf. Der Messbereich des Pyrometers 18 ist auf Temperaturen größer oder gleich 180°C eingestellt, da die Schmelztemperaturen der zu fügenden Kunststoffteile 12, 14 hier im Bereich von 250°C liegen.

Bei anderen Kunststoffen, beispielsweise bei Kunststoffen die bereits unter 100°C erweichen, würde der Messbereich sinnvollerweise größer oder gleich 80°C eingestellt werden.

Die Messempfindlichkeit des Pyrometers 18 wurde derart eingestellt, dass das Maximum der Messempfindlichkeit des Pyrometers 18 in einem Spektralbereich, also Wellenlängenbereich, von 1 ,9 μιτι bis 2,1 μιτι liegt.

Das Pyrometer 18 und der Konturschweißkopf 4 sowie deren Anordnung und Ausrichtung zu der Schweißmaske 16 und den Kunststoffteilen 12, 14 sind derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass ein kreisflächenförmiger Messfleck 20 des Pyrometers 18 im Betrieb der Konturlaserschweißeinrichtung 2 das Zentrum des Bestrahlungsflecks 8 abdeckt und kleiner als der Bestrahlungsfleck 8 ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Fläche des Messflecks 20 etwa 50% der Fläche des Bestrahlungsflecks 8.

In Fig. 1 a ist lediglich die Lage des Bestrahlungsflecks 8 und des Messflecks 20 durch eine kreisförmige Markierung verdeutlicht; siehe hierzu auch Fig. 1 b.

Das Konturlaserschweißverfahren wird nachfolgend erläutert:

Der Laserstrahl 6 wird von dem Konturschweißkopf 4 in Richtung Kunststoffteile 12, 14 abgestrahlt. Dabei passiert der Laserstrahl 6 einen in der Schweißmaske 16 ausgebildeten Durchtrittsspalt 16.1 , durchdringt das teilweise lasertransparente Kunststoffteil 14 und trifft in den Grenzen des Bestrahlungsflecks 8 auf die Oberfläche 10 des laserabsorbierenden Kunststoffteils 12. Das Kunststoffteil 12 schmilzt an dessen Oberfläche 10 auf und dabei freigesetzte Wärmestrahlung wird durch einen nicht dargestellten Strahlungsempfänger des Pyrometers 18 erfasst.

Durch das als Schweißmaske ausgebildete Abschirm mittel 16 wird dabei wirksam verhindert, dass Störstrahlung die zu fehlerhaften Messergebnissen führt, von den Kunststoffteilen 12, 14 zu dem Pyrometer 18 gelangt.

Über die auf diese Weise ermittelte Temperatur des Bestrahlungsflecks 8 kann auf die Schweißpunktqualität geschlossen werden. Auch lässt sich dadurch ermitteln, ob beide Kunststoffteile 12, 14 vorhanden und zueinander richtig angeordnet sind. Wäre beispielsweise das laserstrahlabsorbierende Kunststoffteil 12 in der Blattebene in ungewünschter Weise oberhalb des teilweise laserstrahltransparenten Kunststoffteils 14 angeordnet, so würde mittels des Pyrometers 18 eine andere Temperatur gemessen; gleiches gilt für den Fall, dass eines der Kunststoffteile 12, 14 fehlt oder sich fälschlicherweise anstelle eines der Fügeteile 12, 14 ein anderes Teil in der Fügeeinrichtung 2 befindet. Bei dem Konturlaserschweißverfahren wird jedoch nicht nur an einem einzigen Punkt geschweißt, sondern es wird eine in die Blattebene senkrecht hinein verlaufende, nicht dargestellte Schweißnaht hergestellt. Hierfür weist die Konturlaserschweißeinrichtung 2 einen nicht dargestellten Antrieb auf, mittels dessen der Konturschweißkopf 4 relativ zu den Kunststoffteilen 12, 14 und der Schweißmaske 16 längs der Schweißlinie für die Schweißnaht verfahren wird.

Selbstverständlich wäre auch ein Bewegen der Aufnahme 13 und damit der Kunststoffteile 12, 14 und der Schweißmaske 16 denkbar, während der Konturschweißkopf 4 während des gesamten Fügeprozesses ortsfest bleibt.

Entsprechend ergibt sich eine Mehrzahl von entlang der Schweißlinie aneinander gereihter Bestrahlungsflecke 8.

Bei dem Abfahren der nicht dargestellten Schweißlinie durch den Laserstrahl 6 wird der Konturschweißkopf 4 mit dem Pyrometer 18 mittels der Steuereinheit derart bewegt, dass der Messfleck 20 des Pyrometers 18 während des gesamten Fügeprozesses, also entlang der ganzen Schweißlinie, innerhalb des Bestrahlungsflecks 8 bleibt, wobei der Messfleck 20 während des gesamten Schweißvorgangs das Zentrum des Bestrahlungsflecks 8 abdeckt. Hierdurch ist eine hohe Genauigkeit der Temperaturmessung gewährleistet.

In Fig. 1 b ist der Bestrahlungsfleck 8 und der Messfleck 20 in einer vergrößerten Darstellung in einer Draufsicht gezeigt; also in einer Ebene senkrecht zur Bildebene von Fig. 1 a mit Blickrichtung von oben auf die Kunststoffteile 12, 14. Das Zentrum des Bestrahlungsflecks 8 ist in Fig. 1 b mittels eines Kreuzes 21 markiert. Deutlich zu erkennen ist, dass der Messfleck 20 sowohl in den Grenzen des Bestrahlungsflecks 8 liegt, wie auch dessen Zentrum, also den Schnittpunkt der beiden das Kreuz 21 bildenden Linien, abdeckt. Sollte die Schweißnaht an einem Punkt der Schweißung nicht die gewünschte Qualität aufweisen, also die mittels des Pyrometers 18 gemessene Temperatur eines Bestrahlungsflecks 8 entlang der Schweißlinie eine vorher festgelegte Untergrenze unterschreiten oder eine vorher festgelegte Obergrenze überschreiten, so wird über eine nicht dargestellte Ausgabeeinheit eine optische und akustische Warnung ausgegeben. Die Ausgabeeinheit steht hierfür in Signalübertragungsverbindung mit der Steuereinheit und damit mit dem Pyrometer 18. Eine Bedienperson der Konturlaserschweißeinrichtung 2 kann dann entsprechende Maßnahmen ergreifen, um den Fehler abzustellen.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fügeeinrichtung.

Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das zweite Ausführungsbeispiel ein als ebene Platte ausgebildetes, separates Abschirmmittel 22 auf. Abschirmmittel 22 und eine Schweißmaske 24 sind hier also voneinander getrennt ausgebildet. Darüber hinaus ist das Abschirmmittel 22 hier aus einer Keramik aus Aluminiumoxid, AI2O3, hergestellt.

Ferner ist die Schweißmaske 24 hier lediglich dazu ausgebildet, die beiden Kunststoffteile 12, 14 gegeneinander vorzuspannen. Für die Laserschweißung erforderliche Durchtrittsspalte 22.1 sind allein in der Platte 22 ausgebildet. Die Schweißmaske 24 weist hier keinerlei die Form der Laserschweißung beeinflussende Durchtrittsspalte auf.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Konturschweißkopf 4, anders als im ersten Ausführungsbeispiel, in der Blattebene waagrecht verfahren. Dabei wird der Laserstrahl 6 durch die Platte 22 abgeschirmt; lediglich an den drei Durchtrittsspalten 22.1 kann der Laserstrahl 6 die Platte 22 passieren und an den zu den Durchtrittsspalten 22.1 korrespondierenden Stellen die beiden Kunststoffteile 12, 14 miteinander verschweißen. Entsprechend sind am Ende drei nicht dargestellte Schweißnähte erzeugt. Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise ist es möglich, dass auch andere strahlgestützte Fügetechniken zum Einsatz kommen. Beispielsweise Quasi-Simultanlaserschweißen, Simultanlaserschweißen oder Induktionsschweißen.

Darüber hinaus sind auch Fügeteile aus anderen Materialien und auch Fügeteile aus voneinander verschiedenen Materialien denkbar.

Abweichend von den beiden Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, dass beispielsweise eine vorher festgelegte Anzahl von Unterschreitungen einer vorher festgelegten Untergrenze und/oder eine vorher festgelegte Anzahl von Überschreitungen einer vorher festgelegten Obergrenze für die mittels der Wärmestrahlungsmesseinheit gemessene Temperatur des Bestrahlungsflecks oder der Bestrahlungsflecke die Güte einer oder mehrerer Fügungen anzeigen.

Beispielsweise könnte es für eine ausreichende Güte von den drei Schweißungen des zweiten Ausführungsbeispiels erforderlich sein, dass eine einzige Grenztemperatur für jede einzelne Schweißnaht zuerst einmal Überschritten wird und zeitlich danach einmal Unterschritten wird.

Entsprechend würden die drei Schweißungen dann als in Ordnung bewertet werden, wenn die vorher festgelegte Grenztemperatur insgesamt dreimal überschritten und dreimal unterschritten wird, nämlich: erstens überschritten, zweitens unterschritten, drittens überschritten, viertens unterschritten, fünftens überschritten und sechstens unterschritten wird.

Dabei würde das erste Überschreiten der Grenztemperatur den Beginn der ersten Schweißnaht und das erste Unterschreiten der Grenztemperatur das Ende der ersten Schweißnaht bedeuten und so weiter. In dem vorliegenden Fall würden also Untergrenze und Obergrenze zusammenfallen; also den gleichen Wert für die Grenztemperatur aufweisen. Jedoch ist es auch möglich, dass in anders gelagerten Fällen voneinander verschiedene Werte für die Unter- und die Obergrenze gewählt werden.

Anstelle mittels einer Ausgabeeinheit eine Warnung an eine Bedienperson der Fügeeinrichtung auszugeben, wäre es auch möglich, dass die Strahlerzeugungseinheit und/oder ein Antrieb der Strahlerzeugungseinheit in Abhängigkeit eines oder mehrerer Messwerte der Wärmestrahlungsmesseinheit gesteuert oder geregelt wird/werden.

Für anders gelagerte Anwendungsfälle wäre anstelle eines Pyrometers auch eine Wärmebildkamera sinnvoll einsetzbar. Die erfindungsgemäße Fügeeinrichtung könnte auch eine Mehrzahl von funktionsgleichen oder funktionsunterschiedlichen Wärmestrahlungsmesseinheiten aufweisen.

Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, nicht die vollständige Schweißmaske, oder die vollständige Platte als Abschirm mittel auszubilden, sondern die Schweißmaske, oder einen anderen geeigneten Träger mit einer als Abschirmmittel wirkenden Beschichtung zu versehen.

Bezugszeichenliste

2 Fugeeinnchtung, als Konturlaserschweißeinnchtung ausgebildet

4 Strahlerzeugungseinheit, als Konturschweißkopf ausgebildet

4.1 Fasereinkopplung

4.2 Teildurchlässiger Spiegel

4.3 Filter

6 Arbeitsstrahl, als Laserstrahl ausgebildet

8 Bestrahlungsfleck

10 Oberfläche des ersten Fügeteils 12

12 Erstes Fügeteil, als laserstrahlabsorbierendes Kunststoffteil ausgebildet

13 Aufnahme

14 Zweites Fügeteil, als laserstrahltransparendes Kunststoffteil ausgebildet 16 Abschirmm ittel, als Schweißmaske ausgebildet

16.1 Durchtrittsspalt in dem Abschirmmittel 16

18 Wärmestrahlungsmesseinheit, als Pyrometer ausgebildet

20 Messfleck der Wärmestrahlungsmesseinheit 18

21 Kreuz, dass das Zentrum des Bestrahlungsflecks 8 markiert

22 Abschirmmittel, als separate Platte ausgebildet

22.1 Durchtrittsspalt in dem Abschirmmittel 22

24 Schweißmaske, ohne Funktion als Abschirmmittel