Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere Karosserieblechen in Automobilen.

Durch die US 5,611,133 A sowie die US 5,752,304 A ist einerseits ein Falzverfahren und andererseits eine Falzmaschine bekannt geworden. Ein äußeres und ein inneres Metallvorformteil werden zwischen unteren und oberen Formhälften positioniert, wobei die Formhälften anschließend zusammengefahren und die Vorformlinge innerhalb der Form eingespannt werden. Anschließend findet ein Vorfalzen eines Eckbereiches des äußeren Metallteiles statt. Im Anschluss daran findet ein Fertigfalzvorgang des vorgefalzten Bereiches statt. In einem nicht gefalzten Bereich ist mindestens eine Schweißeinrichtung vorgesehen, die die beiden Bleche durch Punktschweißen miteinander verbindet.

Die WO 99/03634 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum schweißtechnischen Verbinden einander überlappender Metallteile. Vorgeschlagen wird ein Widerstandsschweißprozess zum schweißtechnischen Verbinden von Blechen, wobei ein Endbereich eines Bleches um das andere Blech herum gefalzt ist. Im Bereich der Falzmaschine befindet sich mindestens ein Schweißkopf, beinhaltend eine Elektrode mit Schweißspitze. Im gefalzten Bereich weist eines der Bleche eine Art Buckel auf. Die Verbindung erfolgt nun dadurch, dass durch den Schweißkopf eine Kraft auf den Falz ausgeübt wird, so dass der Falz zwischen der Elektrode und einer Unterlage fixiert ist. Im Anschluss daran wird ein pulsierender Schweißstrom generiert, der die beiden Bleche miteinander verbindet.

Durch die EP 1 038 627 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Buckelschweißverbindung zwischen Blechteilen bekannt geworden. In einer der zu schweißenden Platten wird ein Buckel von dreieckförmigem Querschnitt vorgeformt. Die Platten werden übereinander gelegt, so dass sie sich überlappen. Im Bereich des Buckels wird ein Falz erzeugt. Das Zusammenschweißen der Platten erfolgt an der Stelle des Buckels mit einem Stromstoß von einer kurzen

Dauer, wobei der Strom von der Seite der Druckeinheit zur oben liegenden Platte zugeführt und von der unten liegenden Platte abgeleitet wird.

Die DE 199 27 208 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere von Karosserieblechen im Automobilbau, wobei der Rand eines Außenbleches über den Rand eines Innenbleches gefalzt wird, die Ränder zusammengepresst werden und vor dem Falzen der Rand wenigstens eines der Bleche mit eingeprägten Vorsprüngen versehen wird. Die Vorsprünge werden während des Zusammenpressens durch eine an der Bördelbacke angeordnete Elektrode durch Buckelschweißen mit dem jeweils anderen Blech verbunden. Diese an sich kompakte Bauform bringt den Nachteil mit sich, dass die Handhabung der Bleche innerhalb der Vorrichtung erschwert wird.

Der Erfindung liegt, ausgehend von der DE 199 27 208 B4, die Aufgabe zugrunde, eine alternative konstruktive Bauform einer Falz- und Fügemaschine bereit zu stellen, die bei optimaler Handhabung der Bleche innerhalb der Vorrichtung dennoch eine vereinfachte Verbindung derselben im Bereich des Falzes erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum randseitigen Verbinden von Blechen, insbesondere Karosserieblechen in Automobilen, zumindest beinhaltend ein Falzbett zur Aufnahme mindestens zweier Bleche, Falzbacken, die in Wirkverbindung mit zugehörigen Falzbackenträgern stehen sowie mindestens ein thermisches Fügewerkzeug und mindestens eine Masseelektrode, wobei zumindest das Fügewerkzeug nicht am Falzbacken befestigt ist und als lineare Zustelleinrichtung einen vom Falzbett weg gerichteten Hebel beinhaltet und der Hebel außerhalb des Falzbettes einen Drehpunkt aufweist, um welchen das Fügewerkzeug nach Art eines Kniehebels in eine Betriebs- bzw. Außerbetriebsstellung schwenkbar ist.

Gegenüber dem Stand der Technik sind somit folgende Vorteile gegeben:

die zu falzenden Bleche lassen sich problemlos innerhalb der Vorrichtung handhaben und falzen, da keine störenden Fügeelemente gegeben sind

die thermische Verbindung der Bleche im Bereich des Falzes erfolgt bei geschlossenen Werkzeugteilen, d. h. in verspanntem Zustand der Bleche

direkte Integration einer thermischen Fügeeinheit in einer Falzvorrichtung

indirektes Fügen (Schweißen) eines Falzflansches durch einseitiges Aufsetzen der Schweißelektroden

Schweißkrafteinleitung über ein mechanisches Kniehebelprinzip

Erzeugung einer Nachsetzbewegung der Schweißelektroden durch mechanische Federn

anstelle von mehreren im Bereich von Werkzeugteilen positionieren als Schweißwerkzeuge ausgebildeten Fügewerkzeugen können auch Lötwerkzeuge zum Einsatz gelangen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 Draufsicht auf einen Teilbereich einer Falzmaschine;

Figuren 2 bis 4 Verschiedene Teilansichten bzw. Schnitte des Fügewerkzeuges.

Figur 1 zeigt in der Draufsicht einen Teilbereich einer Falzvorrichtung 1. Erkennbar ist ein Falzbett 2, Falzbacken 3, Falzbackenträger 4 sowie ein Fügewerkzeug 5, das in diesem Beispiel als Schweißwerkzeug ausgebildet ist. Das Fügewerkzeug 5

kann in gleicher Weise auch durch ein Lötwerkzeug gebildet werden. Am freien Ende eines Hebels 6 (Schweißarm), siehe Fig. 4, ist eine Schweißelektrode 7 vorgesehen. Neben dem Hebel 6 erstreckt sich ein Hebelelement 8 (Massearm), an dessen freiem Ende eine Masseelektrode 9, 9' angeordnet ist. Der Hebel 6 und das Hebelement 8, 8 ¹ sind auf einer gemeinsamen Achse 10 angeordnet.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Teilansichten bzw. Schnitte des Fügewerkzeuges 5. Erkennbar sind folgende Bauteile: das Falzbett 2, Falzbacken 3, Falzbackenträger 4, Hebel 6, Hebelement 8, Schweißelektrode 7, Masseelektrode 9 sowie die gemeinsame Achse 10. Hebel 6 und Hebelelement 8 sind nach Art eines Kniehebels um die Schwenkachse 10' der Achse 10 kippbar.

Figur 2 zeigt die Außerbetriebstellung des Fügewerkzeuges 5. Zur simultanen Verschwenkung von Hebel 6 und Hebelelement 8 um die Schwenkachse 10' kommt in diesem Beispiel ein Vorhubzylinder 11 zum Einsatz, der mit einem, eine erste schräge Ebene 12 aufweisenden, Unterkeil 13 in Wirkverbindung steht. Ein vertikal angeordneter Führungsbolzen 14 mit oberer Kappe 15 wirkt mit einer eine zweite schräge Ebene 16 beinhaltenden Oberkeil 17 zusammen. Im Bereich des Führungsbolzens 14 sind Schraubenfedern 18 (nur angedeutet) vorgesehen. Des Weiteren ist ein Rückhubzylinder 19 oberhalb des Hebels 6 positioniert, dessen Kolbenstange 20 an ihrem freien Ende eine Abdeckung 21 trägt.

Figur 3 zeigt das Aufsetzen der Schweißelektrode 7 auf den Falz 22. Ebenfalls erkennbar ist die Masseelektrode 9, die auf einem Innenblech 23 aufliegt. Der Hebel 6 samt Hebelelement 8 ist nun um die Schwenkachse 10 ^* in seine Betriebsstellung geschwenkt, wobei hier die größte Kraft auf den Falz 22 ausgeübt wird.

Figur 4 zeigt den Vorgang des Schweißens, indem die Schweißelektrode 7 den Falz 22 zusammendrückt und dieser Bereich thermisch gefügt wird. In diesem Zustand hat der Hebel 6 seinen maximalen Schwenkwinkel erreicht. Innerhalb der Vorrichtung 1 , d. h. auf dem Falzbett 2, liegen zwei Bleche 23,23' auf, die im

Bereich des Falzes 22 miteinander verbunden werden. Der Hebel 6 wird im Bereich einer im Falzbacken 3 vorgesehenen Aussparung 24 in Richtung des Falzes 22 geführt. Unterhalb des Hebels 6, respektive des Hebelelementes 8, befindet sich ein Gelenkhebel 25, der mit der Achse 10 versehen ist.

Durch die Integration mehrerer Schweißeinheiten 5 in die Falzvorrichtung 1 ergibt sich folgender Prozessablauf:

Ausgehend von einem vorgefalzten Bauteilflansch am Außenblech 23' wird dieser am Falzbacken 3 durch eine Aufwärtsbewegung des Falzbettes 2 fertig gefalzt. Der Falz 22 wird am Innenblech 23 angelegt, mit Einschränkung der im Falzbacken 3 ausgesparten Schweißstelle 24, an der die Schweißelektrode 7 berührungsfrei in den Falzbacken 3 eintauchen kann.

Im Anschluss werden nun die Schweißelektroden 7 auf den Falz 22 aufgesetzt. Dies geschieht über das Ansteuern der zwei Zylinder 11,19 des Fügewerkzeuges 5. Während sich der Rückhubzylinder 19 nach oben bewegt und die Bewegung der Schweißarme 6 frei gibt, führt die Kolbenstange des Vorhubzylinders 11 eine Bewegung nach links aus. Durch diese Bewegung wird der Unterkeil 13 gegen den Oberkeil 17 gedrückt. Die über die Keilübersetzung umgelenkte Kraft drückt den Führungsbolzen 14 und die Kappe 15 gegen die stromführenden Arme 6,8,8". Dabei werden über diese, fixiert und drehend gelagert im Gelenkhebel 25, die Schweißelektroden 7 auf den Falz 22 des Außenblechs 23' aufgesetzt. Durch die anstehende Kraft des Vorhubzylinders 11 wird jeweils in den Schraubenfeder(n) 18 eine Vorspannkraft aufgebaut. Diese Kraft ist notwendig, um den Falz 22 am Außenblech auf eine Verprägung im Innenblech 23 zu drücken und einen zum Schweißen notwendigen elektrischen Kontakt zwischen beiden Blechen 23,23' herzustellen. Durch Anlegen eines Stromimpulses an alle stromführenden Arme 6,8,8' werden mittels ohmschen übergangswiderstandes zwischen Falz 22 des Außenblechs 23' und Verprägung im Innenblech 23 beide Teile miteinander verschweißt. Dies geschieht durch Aufschmelzen der Verprägung, wobei diese zusammensackt. Die für das Widerstandsschweißen während des Schweißens

notwendige Prozesskraft wird durch ein Nachsetzen aller stromführenden Bauteile der Schweißeinheit - Schweißelektroden 7,9,9' Schweißarme 6,8,8' sichergestellt. Alle stromführenden Teile sind elektrisch gegenüber dem Lagergestell isoliert. Nach dem Kollabieren der Verprägung liegt der Falz 22 des Außenbleches 23' auf dem Innenblech 23 auf, die Stromzufuhr wird unterbrochen und die Schweißung ist beendet. Im Anschluss wird durch ein Zurückbewegen des Vorhubzylinders 11 die gesamte Bewegungskette bis zu den Schweißelektroden 7,9 kraftlos gesetzt und der Unterkeil 13 freigefahren. Im Anschluss fährt der Rückhubzylinder 19 nach unten und hebt damit die Schweißelektroden 7,9 über die Schweißarme 6,8 und die Gelenkhebel 25 von den Blechen 23,23' ab und arretiert diese. Im Anschluss fährt das Falzbett 2 wieder nach unten und der Falzprozess wird beendet.

Bezugszeichenliste

1 Falzvorπchtung

2 Falzbett

3 Falzbacken

4 Falzbackenträger

5 Fügewerkzeug

6 Hebel (Schweißarm)

7 Schweißelektrode

8.8' Hebelelement (Massearm)

9.9 ¹ Masseelektrode

10 Achse

10" Schwenkachse (Schwenkpunkt)

11 Vorhubzylinder

12 erste schräge Ebene

13 Unterkeil

14 Führungsbolzen

15 Kappe

16 zweite schräge Ebene

17 Oberkeil

18 Schraubenfedern

19 Rückhubzylinder

20 Kolbenstange

21 Abdeckung

22 Falz

23 Innenblech

23' Außenblech

24 Aussparung

25 Gelenkhebel