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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONTINUOUSLY CONVEYING AND BUTT-WELDING SHEET METAL PARTS, AND USE OF SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/027346
Kind Code:
A1
Abstract:
To increase cycle times, and therefore to lower production costs, in the industrial production of welded sheet metal parts - in particular tailored blanks for the automotive industry - the invention describes a method based on a constant-speed conveying system and a flying optics system, which method manages without complex cooling of the hot weld seam and uses means for holding the workpieces on one side with a high force on the conveyor belt. In this way it is possible greatly to reduce the negative influence the blank spacing has on the cycle time of the machine. Overall, fewer drives are required in the machine and it is possible for a simplified machine concept to be employed without detriment to the quality of the blanks to be welded.

Inventors:
STÄUBLI DANIEL (CH)
CLERC JEAN-FRÉDÉRIC (CH)
JANETT ANDRI (CH)
Application Number:
PCT/CH2013/000152
Publication Date:
March 05, 2015
Filing Date:
August 27, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ANDRITZ SOUTEC AG (CH)
International Classes:
B23K26/26; B23K26/08; B23K37/04
Foreign References:
EP0817698B12001-09-05
EP0743133A11996-11-20
JP2007283337A2007-11-01
EP1110662A12001-06-27
US5328083A1994-07-12
EP0450349A11991-10-09
EP0817698B12001-09-05
Other References:
See also references of EP 3038789A1
Attorney, Agent or Firm:
E. BLUM & CO. AG (CH)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Transportieren und zum stumpfen

Verschweissen von Blechen, insbesondere im Karosseriebau der Motorfahrzeugindustrie, bei welchem beliebig geformte flache Blechteile durch Zuführmittel (12) auf mindestens zwei sich mit einer konstanten Geschwindigkeit vTR

kontinuierlich in horizontaler Richtung TR bewegten

Transportbänder (3,4) platziert werden, sodass jeweils zwei zu verschweissende Kanten (31,32) von zwei miteinander zu verschweissenden Einzelwerkstücken (30a, 30b) unter Bildung eines möglichst geringen Spaltes stumpf aneinandergefügt werden und mit Haltemitteln (6) auf der in einzelne

Segmente (2) unterteilten Oberfläche der Transportbänder (3,4) so fixiert werden, dass die Einzelwerkstücke über eine längere Strecke L in derselben Position gehalten werden, im weiteren mit in der Höhe und in Längsrichtung bewegbaren Mitteln (7) zum Laserschweissen und mit

ortsfesten Mitteln (8,9,10) zur Überwachung der

Nahtgeometrie vor dem Schweissen und zur Überwachung der Schweissnaht nach dem Schweissen, sowie mit Mitteln (13) für das Entfernen von geschweissten Platinen (50), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schweissoptik (7) beim Schweissen der zu verschweissenden Werkstücke

(30a, 30b) unter Bildung einer Schweissnaht (51) mit der Geschwindigkeit vos, die gleich der Geschwindigkeit vTR der Transportbänder ( 3 , 4 ) reduziert um die

Schweissgeschwindigkeit vs ist, in der gleichen Richtung SRO wie die Transportrichtung TR bewegt wird, und dass die mindestens eine Schweissoptik (7), nach dem Verschweissen der beiden Einzelwerkstücke (30a, 30b) zu einer

geschweissten Platine (50), mit der Geschwindigkeit V0R, die einem Vielfachen der Geschwindigkeit VTR der

Transportbänder (3,4) in der zur Transportrichtung TR entgegengesetzten Richtung SRO bis zum Anfangspunkt OSA der nächsten zu schweissenden Schweissnaht bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportbänder (3,4) mit einem Kettenantrieb über das mindestens eine Antriebsritzel (1) angetrieben werden, wobei die einzelnen Segmente (2) der Transportbänder (3,4) als Polplatten ausgelegt sind. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel (6) als nicht bewegbare magnetische

Haltemittel, vorzugsweise als Permanentmagnete oder als abschaltbare Permanentmagnete oder als Elektromagnete, oder als Vakuummodul ausgebildet sein können.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch

gekennzeichnet, dass zum Fixieren der zu verschweissenden Einzelwerkstücke (30a, 30b) auf den Transportbändern (3,4) die Haltemittel (6) über eine ein- und abschaltbar

ausgelegte Steuereinheit eingeschaltet und mit einem Strom beaufschlagt werden, wodurch ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der über die Haltemittel (6) auf die Segmente (2) übertragen wird, und nach dem Schweissen zum Lösen der geschweissten Platine (50) durch Abschalten des Stromes der magnetische Fluss ausgeschaltet werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss über die

Haltemittel (6) und die Segmente (2) und die metallischen Einzelwerkstücke (30a, 30b) geschlossen ist, wodurch eine hohe Kraft F im Bereich von etwa 10 - 12 N/cm2 so auf das Werkstück ausgeübt wird, dass das Werkstück (30a, 30b, 40, 50) während dem transportieren einseitig von unten auf den Transportbändern (3,4) fixiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Spannen des

Einzelwerkstückes (30a) ein magnetischer Fluss erzeugt wird der auf das Einzelwerkstück (30b) eine Magnetkraft ausübt, womit das Spaltschliessen zwischen den zu verschweissenden Einzelwerkstücken (30a, 30b) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachen des Restspaltes zwischen den zu

verschweissenden Einzelwerkstücken (30a, 30b) mittels einer Kamera erfolgt und das Spaltschliessen des minimalen

Spaltes (43) zwischen den zu verschweissenden

Einzelwerkstücken (30a, 30b) mittels Zuführen von

Zusatzdraht zwischen den zu verschweissenden

Einzelwerkstücken (30a, 30b) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderkette auch als Bandantrieb oder Shuttleantrieb ausgestaltet ist.

9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Tailored Blanks im Karosseriebau.

Description:
Verfahren zum kontinuierlichen Transportieren und stumpfen Verschweissen von Blechteilen und eine Anwendung des

Ver ahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Transportieren und stumpfen Verschweissen von Blechtafeln insbesondere im Karosseriebau der

Automobil-Industrie nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Anwendung des Verfahrens.

Zur Herstellung von Blechteilen im Karosseriebau werden moderne Fertigungsverfahren angewendet, welche aus

einzelnen Blechtafeln - allenfalls nach

Blechkantenvorbereitung - geschweisste Teile, sogenannte Tailored Blanks herstellen. Bei bekannten

Schweissverfahren, insbesondere beim Laserschweissen, gibt es zwei bekannte Methoden. Bei einer ersten Methode werden Blechtafeln exakt positioniert, gespannt und von einem beweglichen Schweisskopf nicht kontinuierlich verschweisst. Beim anderen Verfahren werden Blechtafeln aus zueinander verschränkten Bahnen kommend einem ortsfesten

Schweisswerkzeug zugeführt und verschweisst. Beide Methoden erfordern einen hohen Aufwand an die mechanische Präzision, um eine Spaltbreite von etwa 0.15 mm zu erreichen. In der Patentschrift US5328083 ist ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, wobei aber nicht offenbart wird, wie die genaue

Positionierung des Schweisswerkzeuges im Vergleich zum aktuellen Nahtverlauf erfolgt. Dabei können Ungenauigkeiten der Platinen und Positionsverschiebungen des Nahtverlaufes zu fehlerhaften Schweissnähten führen.

Beim Schweissen entsteht durch die heisse Schweissnaht eine Kraft, und diese bewirkt wiederum, dass am Ende der

Schweissnaht ein Spalt entsteht. Um diesen Effekt zu vermeiden muss das Blech mit einer hohen Kraft gehalten oder die Schweissnaht muss unmittelbar nach dem Schweissen in der Regel mit Wasser gekühlt werden. Zu diesem Zwecke ist eine Regelvorrichtung und eine Kühleinrichtung

vorgesehen, was insgesamt allerdings einen beträchtlichen apparativen Aufwand bedingt und deshalb die

Investitionskosten einer solchen Tailored Blank

Schweissmaschine massiv verteuert.

Die Europäischen Patenschrift EP 0450349 betrifft ein

Verfahren zum kontinuierliche Verschweissen von auf Stoss geführten Bändern oder Blechen ohne Zuführung von

Zusatzwerkstoffen mittels eines Laserstrahls, wobei die Bänder im Bereich der Schweissnaht in Bandlaufrichtung unmittelbar hinter dem Schweissfokus gekühlt werden in Abhängigkeit der Breite des von den Stosskanten gebildeten Spaltes. In dieser Publikation wird auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweissen von auf Stoss geführten Blechen oder Bändern mittels eines ortsfesten Laserstrahls vorgeschlagen, mit an beiden Seiten der zu verschweissenden Bänder paarweise senkrecht zu deren Laufrichtung

angeordneten Spannrollen, die im Bereich des Stosses der Bänder einen Spalt bilden, durch den der ortsfeste

Laserstrahl beim Verschweissen der Stosskanten trifft. In der Europäischen Patentschrift EP 0817698 Bl wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Stumpfnahtschweissen von Blechtafeln beschrieben, bei welchem die relative Lage der Blechtafeln und damit die Genauigkeit der Nahtfuge

innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches eingehalten wird. Dabei wird bewusst auf eine mechanisch präzise

Ausrichtung der miteinander zu verschweissenden Bleche verzichtet und stattdessen wir das Strahlwerkzeug mittels Sensorik zum fortlaufenden Ermitteln der Spaltbreite dem Blechstoss der beiden Blechtafeln nachgeführt. Im Weiteren kann mit einem Regelkreis die Leistung des Schweissstrahls und die erforderliche Kühlleistung für den Schweissprozess (Gas, Wasser) permanent angepasst werden. Ein solches

System bedarf eines hohen Wartungsaufwandes.

Eine Herausforderung beim Schweissen von Tailored Blanks ist jeweils das Spannen der Platinen. Diese Herausforderung wird je nach Maschinenkonzept unterschiedlich gelöst.

Einerseits kann - wie weiter oben erwähnt - bei einer Durchlaufanläge die Schweissnaht unmittelbar nach dem

Schweissen gekühlt werden. Anderseits sind auch Verfahren bekannt, wobei die Platinen zwischen zwei Ketten

eingespannt werden. Nachteilig bei einer solchen Maschine sind die fehlende Zugänglichkeit von oben sowie die

Verschmutzungsproblematik durch Schweissrückstände der Maschine. Insbesondere beim Schweissen von Platinen mit einem nicht rechteckigen Grundriss (beispielsweise 3- eckiger oder 5-eckiger Grundriss) entstehen nichtproduktive Totzeiten zwischen dem Schweissen von zwei Schweissnähten, was einen nachteiligen Einfluss auf die Zykluszeit der Maschine und damit auch auf die Produktionskosten bewirkt.

Als weitere Möglichkeit für ein prozesssicheres Spannen ist das Spannen von Platinen auf statischen Magneten zu

erwähnen. Um den hohen Takt Zeitanforderungen einer solchen Anlage zu genügen, müssten diese Magnet-Shuttles aber rotierend bewegt werden und für das Beladen und Entladen der Platinen müssten Elektromagnete eingesetzt werden.

Somit müsste die Energieversorgung zu einem rotierenden System sichergestellt werden, eine technische

Herausforderung mit entsprechend hohen Investitionskosten.

Wichtige Kriterien in einem Verfahren zum Schweissen von Tailored Blanks sind einerseits der Durchsatz der gesamten Anlage, das heisst wie viele Teile pro Stunde hergestellt werden können, und anderseits der Aufwand, um sowohl die Qualität des gesamten Verarbeitungsprozesses als auch die gewünschte Qualität der geschweissten Platinen mit

vernünftigem technischem Aufwand sicherstellen zu können.

Nachteilig an den vorab erwähnten Lösungen sind der hohe technische Aufwand für das Kühlen der Schweissnaht , für das prozesssichere Spannen der Bleche, für das Abführen von Schweissrauch und Schweisssprit zer aus der Anlage sowie die Kapazität und somit die Produktivität der Gesamtanlage. Im Allgemeinen ist bei solchen Anlagen entweder die

Schweissoptik als fahrbar ausgelegt und die zu

verschweissenden Platinen ruhen oder aber das Schweissgut wird kontinuierlich zugeführt und die Schweissoptik ist während dem Schweissprozess ortsfest. Nachteilig ist im Weiteren der nicht unerhebliche Aufwand für das Beladen und das Entladen der Transportbänder. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu

Grunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Nachteile eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die hier vorgestellte Erfindung ermöglicht die effiziente und prozesssichere industrielle Herstellung von Tailored Blank Teilen in einem kontinuierlichen Verfahren, wobei die Platinen mittels einem magnetischen Prinzip nur von einer Seite - von unten - gespannt werden, womit die

Zugänglichkeit zur Maschine von oben gewährleistet ist. Dies hat einen positiven Einfluss auf die

Wartungsfreundlichkeit der Maschine, da der entstehende Schweissrauch und Schweisssprit zer einfach von oben abgeführt werden können. Da die Platinen über eine längere Transportstrecke prozesssicher fixiert werden, kann eine fahrbare oder „fliegende" Optik eingesetzt werden, wodurch die Kapazität der Maschine im Vergleich zu anderen

Maschinen mit herkömmlichen Konzepten um bis zu 40% erhöht werden kann. Das Beladen und Entladen der Maschine ist mittels Elektromagneten möglich und im Weiteren wirkt sich das magnetische Halteprinzip positiv aus auf das Einhalten eines möglichst kleinen Spaltes zwischen den zu verschweissenden Platinen, womit eine bessere Qualität der Schweissnaht erreicht werden kann. Insgesamt ergibt sich ein vereinfachtes Maschinenkonzept der ganzen Anlage. Insgesamt ergibt sich mit dem vorgestellten Verfahren somit eine bessere Produktivität im Vergleich zu anderen

bekannten Verfahren.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

erfinderischen Anlage mit Transportbändern im Querschnitt,

Fig. 2 eine erste Draufsicht auf die mit Platinen

bestückten Transportbänder der erfinderischen Anlage bei Schweissbeginn, wiederum in

schematische Darstellung,

Fig. 3 eine zweite Draufsicht auf die mit Platinen

bestückten Transportbänder der erfinderischen Anlage beim Schweissen, wiederum in schematische Darstellung,

Fig . 4 eine dritte Draufsicht auf die mit Platinen

bestückten Transportbänder der erfinderischen Anlage bei Schweissende , wiederum in schematische Darstellung und

Fig. 5 eine vierte Draufsicht auf die mit Platinen

bestückten Transportbänder der erfinderischen Anlage bei Rückfahrt der Schweissoptik, wiederum in schematische Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen Magnetkettenförderer 11 mit dem über die Antriebsritzel 1 in Transportrichtung TR bewegbaren

endlosen Transportband 3, dessen Geschwindigkeit v TR im Bereich von 1 - 30 m/min liegt, und dessen Segmente 2, die vorzugsweise aber nicht ausschliesslich als umlaufende Polplatten ausgelegt sind, auf einer Länge L eine flache Ebene bilden, auf der in einem ersten Prozessschritt mittels Zuführmittel 12 magnetisierbare Einzelwerkstücke 30a, 30b platziert und durch vorzugsweise magnetische

Haltemittel 6 auf dem Transportband 3 mit hoher Kraft festgehalten werden, wobei ein ortsfestes erstes

Qualitätssystem 8 zur Überwachung der Position und der Spaltbreite der zu verschweissenden Einzelwerkstücke

30a, 30b dient. Der Abstand D zwischen den Platinen

30a, 30b, 40, 50 ist abhängig vom Grundriss der zu

verschweissenden Einzelwerkstücke 30a, 30b, wobei D bei rechteckigem Grundriss der Einzelwerkstücke 30a, 30b klein gehalten werden kann und bei beispielsweise rhombenförmigem Grundriss der Einzelwerkstücke 30a, 30b grösser gewählt werden muss. In einem zweiten Prozessschritt werden die Einzelwerkstücke 30a, 30b mittels der bewegbaren Schweissoptik 7 in Schweissrichtung SRO stoffschlüssig miteinander zu einer geschweissten Platine 50 verbunden, wobei die Beschaffenheit der Schweissnaht mit einem zweiten ortsfesten Qualitätssystems 9 von oben und optional mit einer zusätzlichen ortsfesten Kamera 10 von unten überprüft wird. Wenn das Band die Wegstrecke L zurückgelegt hat, wird die geschweisste Platine 50 in einem dritten Prozessschritt mittels Mitteln 13 zum Entfernen geschweisster Platinen nach vorgängigem Lösen der Haltemittel 6 vom kontinuierlich laufenden Transportband 3 entnommen.

Die Fig. 2 zeigt in einer ersten Draufsicht den Start des Schweissprozesses . Die beiden durch einen Spalt 5

voneinander getrennten, je aus den Segmenten 2 bestehenden Transportbänder 3,4 die sich beide mit derselben

Geschwindigkeit v TR kontinuierlich in Transportrichtung TR bewegen. Die Platine vor dem Schweissen 30, bestehend aus den zu verschweissenden Einzelwerkstücken 30a, 30b unter Bildung eines möglichst kleinen Spaltes 33, ist im Bereich der Kanten 31,32 auf den Transportbändern 3,4 fixiert.

Die sich in Bearbeitung befindliche Platine 40 weist im Bereich der Kanten 41,42 einen - bedingt durch die

Zuschnittstoleranz - vorhandenen minimalen Spalt 43 auf und die Schweissoptik 7 ist in der Anfangsposition OSA

positioniert. Die bereits fertig verschweisste Platine 50 ist mit einer Schweissnaht 51 versehen und kann in einem nächsten Prozessschritt von den Transportbändern entfernt werden . Die Fig. 3 zeigt in einer zweiten Draufsicht den Schweissprozesses . Die Schweissoptik 7 bewegt sich mit der Geschwindigkeit v 0 s = v TR _ v s in der gleichen Richtung SRO wie die Transportrichtung TR der Transportbänder 3,4 und schweisst die sich in Bearbeitung befindliche Platine 40 im Bereich der Kanten 41,42, die durch einen - bedingt durch die Zuschnittstoleranz - vorhandenen minimalen Spalt 43 voneinander getrennt sind, allenfalls durch Zuführen von Zusatzdraht. Die Schweissoptik 7 hat sich von der Position bei Schweissnahtanfang OSA in Transportrichtung TR bewegt. Die beiden noch nicht geschweissten Platinen 30 sind für einen nachfolgenden Schweissprozess positioniert.

Die Fig. 4 zeigt in einer dritten Draufsicht das Ende des Schweissprozesses. Die geschweisste Platine ist mit der

Scheissnaht 51 beaufschlagt und die Schweissoptik befindet sich nun in der Position bei Schweissnahtende OSE.

Die Fig. 5 zeigt in einer vierten Draufsicht die Rückfahrt der Schweissoptik 7. Nachdem die Schweissoptik 7 das Ende der Schweissposition OSE erreicht hat, bewegt sie sich nun mit der Geschwindigkeit V 0 R , die einem Vielfachen der Transportgeschwindigkeit v TR beträgt, in der zur

Transportrichtung TR entgegengesetzten Richtung RRO bis sie die Anfangsposition OSA zum Schweissen der nächsten zu verschweissenden Platine 30 erreicht hat.