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Title:
METHOD AND DEVICE FOR JOINING AND SHAPING SHEET MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/161004
Kind Code:
A1
Abstract:
This application relates to a method and a device for joining and shaping sheet materials (4, 5, 6), wherein at least one first sheet material (4) and at least one second sheet material (5) are fed to a cutting and welding device (7, 8, 10) in respective supply devices (1, 2) which are associated with each sheet material (4, 5, 6).

Inventors:
ALBER GERHARD (DE)
MUFFLER THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/052897
Publication Date:
August 31, 2023
Filing Date:
February 07, 2023
Export Citation:
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Assignee:
BAOSTEEL LASERTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
B23K26/242; B23K26/26; B23K26/32; B23K26/323; B23K26/38; B23K26/40; B23K37/04; B23K37/047; B23K101/18; B23K103/18
Domestic Patent References:
WO2010134253A12010-11-25
Foreign References:
CN204818435U2015-12-02
US20040202531A12004-10-14
US20140374390A12014-12-25
DE19852462A12000-05-25
Attorney, Agent or Firm:
OTTEN, ROTH, DOBLER & PARTNER MBB PATENTANWÄLTE et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche :

1. Verfahren zum Fügen und Umformen von Flachmaterialien (4, 5,

6) , wobei wenigstens ein erstes Flachmaterial (4) und wenigstens ein zweites Flachmaterial (5) in je einer und dem jeweiligen Flachmaterial (4, 5, 6) zugeordneten Bereitstellungsvorrichtung (1, 2) einer Schneid- Schweißvorrichtung zugeführt werden, umfassend die Verfahrensschritte a) Bereitstellen des ersten Flachmaterials (4) aus einer ersten Bereitstellungsvorrichtung (1) ; b) Auflegen und Spannen des ersten Flachmaterials (4) an einer eingangsseitigen Spannvorrichtung (7) ; c) Ausrichten des ersten Flachmaterials (4) an einer Fügekante eines Ausgangswerkstück, wobei das Ausgangswerkstück an einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) gespannt ist; d) Verbinden des ersten Flachmaterials (4) mit dem Ausgangswerkstück an der Fügekante mittels eines Schweißvorgangs zu einem Verbundwerkstück (20) ; e) Transport des Verbundwerkstücks (20) in Richtung eines Ausgabetisches (9) um eine erste Transportschrittstrecke (50) ; f) Abtrennen eines Reststücks (4c) des ersten Flachmaterials (4) von dem Verbundwerkstück (20) an einer Trennkante; g) Entfernen, insbesondere Zurückziehen, des Reststücks (4c) des ersten Flachmaterials von der eingangsseitigen Spannvorrichtung (7) ; h) Bereitstellen eines zweiten Flachmaterials (5) aus einer zweiten Bereitstellungsvorrichtung (2) ; i) Auflegen und Spannen der zweiten Flachmaterials (5) an einer eingangsseitigen Spannvorrichtung (7) ; j) Ausrichten des zweiten Flachmaterials (5) an der Trennkante an dem Verbundwerkstück (20) , wobei das Verbundwerkstück (20) an einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) gespannt ist; k) Verbinden des zweiten Flachmaterials (5) mit dem Verbundwerkstück (20) an der Trennkante mittels eines Schweißvorgangs ; m) Wiederholtes Zuführen des ersten Flachmaterials (4) oder des zweiten Flachmaterials (5) oder weiterer Flachmaterialien (6) aus jeweiligen Bereitstellungsvorrichtungen (1, 2) . Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen dem Verfahrensschritt a) vorausgehenden Verfahrensschritt al) Durchführen eines Initialschnitts zur

Kantenvorbereitung, wobei das erste Eingangsmaterial (4) besäumt und ein erster Streifen des Eingangsmaterials als Abfall abgetrennt wird. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche umfassend einen an den Verfahrensschritt b) oder i) anschließenden Verfahrensschritt bi) Vorbereiten, insbesondere Besäumen einer Kante, wobei das Vorbereiten bevorzugt im gespannten Zustand erfolgt. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt e) mittels der folgenden Verfahrensschritte erfolgt: el) Lösen der eingangsseitigen Spannvorrichtung (7) ; e2) Versetzen des an der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) gespannten Verbundwerkstücks (20) mittels der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) um die erste

Transportschrittstrecke (50) ; e3) Spannen der eingangsseitigen Spannvorrichtung (7) ; e4) Lösen der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) ; e5) Rückversetzen der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) ; e6) Spannen des Verbundwerkstücks (20) mittels der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) . Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundstücks (20) mittels der ausgangsseitigen Spannvorrichtung (8) insbesondere am Ort der zuletzt ausgeführten Naht bzw. Fügekante gespannt wird. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche umfassend einen an den Verfahrensschritt k) anschließenden Verfahrensschritt

1) Wiederholen der vorausgegangenen Verfahrensschritte mit einer Anzahl X verschiedener Flachmaterialien. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche umfassend einen an den Verfahrensschritt g) anschließenden Verfahrensschritt : gl) Lagerung des ersten Flachmaterials (4) in einer ersten Bereitstellungsvorrichtung (1) . Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des Verfahrensschritt f) geradlinig oder einem Konturverlauf folgend erfolgt, wobei insbesondere das Abtrennen des Verfahrensschritts f) in einem Winkel zur Flächennormalen des Flachmaterials (4, 5, 6) erfolgt . Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein abschließender Verfahrensschritt einen Umformprozess der gefügten Flachmaterialien umfasst. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformprozess ein Abkanten mit einem Abkantwinkel, insbesondere zwischen 45° und 135°, bevorzugt in etwa 90° umfasst, wobei mittels des Verfahrens insbesondere ein in seine Längsrichtung geöffneter Profilkörper gebildet wird. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Fügen und Umformen von Flachmaterialien nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend wenigstens zweier Bereitstellungsvorrichtungen (1, 2) , wenigstens einer eingangsseitigen und wenigstens einer ausgangsseitigen Spanneinrichtung (7, 8) , wenigstens einer Schneid-Schweißeinrichtung sowie wenigstens eines Ausgabetisches (9) , dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellungsvorrichtungen (1, 2) relativ zum Ausgabetisch (9) oder relativ zu der zweiten Spanneinrichtung (2) bewegbar ausgebildet sind. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellungsvorrichtungen (1, 2) flächig, insbesondere schubladenförmig und mit einem an das jeweilige Flachmaterial (4, 5, 6) angepassten Vorschub ausgebildet sind, wobei insbesondere der Vorschub frei programmierbare Achsen aufweist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 oder

12 dadurch gekennzeichnet, dass jede

Bereitstellungsvorrichtung (1, 2) eine ihr jeweils zugeordnete erste Spanneinrichtung (7) umfasst und die zweite Spanneinrichtung (8) dem Ausgabetisch (9) zugeordnet ist . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellungsvorrichtungen (1, 2) vertikal zueinander angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (1, 2) Magnetspanntechnik, oder Vakuumspanntechnik, oder Spannbrückentechnik umfassen, wobei insbesondere die Spanneinrichtungen für ein einseitiges oder für ein beidseitiges Spannen der Flachmaterialien (4, 5, 6) ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Bereitstellungsvorrichtung (1, 2) Klemmvorrichtungen, insbesondere Manipulatoren zum Ausrichten oder Arretieren der Flachmaterialien (4, 5, 6) aufweist, wobei die Klemmvorrichtungen insbesondere frei programmierbare Bewegungsachsen aufweisen. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Schneid-Schweißeinrichtung wenigstens einen Laserkopf umfasst, wobei der wenigstens eine Laserkopf (10) zum Schweißen der Flachmaterialien (4, 5, 6) , und/oder zum Schneiden der Flachmaterialien (4, 5, 6) , und/oder zur Schweißnahtvorbereitung, insbesondere zur Ausführung eines Ablationsschritts an der Kante der Flachmaterialien (4, 5, 6) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 17 dadurch gekennzeichnet , dass die Schneid-Schweißeinrichtung als Laserportal , insbesondere als 2D-Laserportal ausgebildet ist . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 18 dadurch gekennzeichnet , dass der Laserkopf ( 10 ) als Remote- Laserkopf oder als Nahfeld-Laserkopf ausgebildet ist . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 19 dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung einen Förderer zur Entfernung von Abfall aus der Vorrichtung umfasst , wobei der Förderer insbesondere einen Auf f angtrichter umfasst und bevorzugt eine Absaugung umfasst . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 20 dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung eine Übergabevorrichtung zwischen dem Ausgabetisch und einer Umformungsvorrichtung umfasst . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , dass die Flachmaterialien ( 4 , 5 , 6 ) aus einem Vormaterialspeicher, insbesondere mittels Flachmaterial-Coils oder mittels Flachmaterial-Tafeln bereitgestellt sind .

Description:
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM FÜGEN UND UMFORMEN VON FLACHMATERIALIEN

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Fügen und Umformen von Flachmaterialien sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche .

Das Verfahren dient zur Herstellung von Profilelementen, welche aus unterschiedlichen Flachmaterialien mit vorzugsweise unterschiedlichen physikalischen und technischen Eigenschaften versehen sind, zusammengesetzt sind und nach dem Fügen bzw . Schweißen der Flachmaterialien einem Umformprozess zugeführt werden .

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Profilelement vorzugsweise ein strangförmiger Körper zu verstehen, welcher in seiner Längsrichtung zumindest anteilig eine an seinem Umfang geöf fnete Kontur aufweist .

Besonders vorteilhaft ist dabei die Aus führungs form, in welcher die Flachmaterialien in Bereitstellungsvorrichtungen, insbesondere einer Art von Bereitstellungsschubladen, bevorratet werden, und diese Bereitstellungsvorrichtungen gleichzeitig die Funktion eines Flachmaterialspeichers erfüllen . Diese aus dem Stand der Technik bislang unbekannte Nutzung, in welcher Flachmaterialien aus der Bereitstellungsvorrichtung entnommen, nur teilweise abgeschnitten, und die Reststücke für einen späteren erneuten Entnahmeschritt wieder in die Bereitstellungsvorrichtung zurückgeführt werden, erlaubt einen kontinuierlichen Flachmaterialmix aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien, welche in frei wählbarer Reihenfolge in schrittweiser Entnahme und Fügung zu einem hybriden Bauteil zusammengebracht werden . Besondere Aus führungs formen von Bauteilen aus unterschiedlichen Flachmaterialien, wie z . B . Profile mit am Umfang variierenden technischen und physikalischen Eigenschaften der Flachmaterialien, sind dadurch besonders ef fi zient herstellbar .

Technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Energie- , und Emissionsreduktion, insbesondere durch ef fi ziente Herstellung, sowie die Ressourceneinsparung bei Konstruktionsprofilen sowohl bei ihrer Herstellung, als auch bei ihrem Einsatz , sowie insgesamt die Vereinfachung der Herstellung derartiger Bauteile .

Die technische Aufgabe wird durch einen Gegenstand bzw . ein Verfahren mit den technischen Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche , der Beschreibung und der Zeichnungen .

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Verbundwerkstück ein Werkstück zu verstehen, das aus wenigstens einem an ein zweites Flachmaterial gefügtes , erstes Flachmaterial zusammengesetzt ist .

Weiterhin ist im Sinne der Erfindung unter der Anzahl X eine beliebige Anzahl zu verstehen .

Weiterhin ist im Sinne der Erfindung unter einer ersten Spanneinrichtung eine eingangsseitige Spanneinrichtung zu verstehen und unter einer zweiten Spanneinrichtung eine ausgangsseitige Spanneinrichtung . Eingangsseitig und ausgangsseitig ist dahingehend zu verstehen, als dass eingangsseitig Flachmaterialien zugeführt werden und ausgangsseitig die verarbeiteten Flachmaterialien abgeführt werden . Gemäß einem Aspekt wird die technische Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Fügen und Umformen von Flachmaterialien gelöst , wobei wenigstens ein erstes Flachmaterial und wenigstens ein zweites Flachmaterial in j e einer und dem j eweiligen Flachmaterial zugeordneten Bereitstellungsvorrichtungen einer Schneid-Schweißvorrichtung zugeführt werden, umfassend die Verfahrensschritte : a ) Bereitstellen des ersten Flachmaterials aus einer ersten Bereitstellungsvorrichtung; b ) Auflegen und Spannen des ersten Flachmaterials an einer eingangs seif igen Spannvorrichtung; c ) Ausrichten des ersten Flachmaterials an einer Fügekante eines Ausgangswerkstück, wobei das Ausgangswerkstück an einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung gespannt ist ; d) Verbinden des ersten Flachmaterials mit dem Ausgangswerkstück an der Fügekante mittels eines Schweißvorgangs zu einem Verbundwerkstück; e ) Transport des Verbundwerkstücks in Richtung eines Ausgabetisches um eine erste Transportschrittstrecke ; f ) Abtrennen eines Reststücks des ersten Flachmaterials von dem Verbundwerkstück an einer Trennkante ; g) Entfernen, insbesondere Zurückziehen, des Reststücks des ersten Flachmaterials von der eingangsseitigen Spannvorrichtung; h) Bereitstellen eines zweiten Flachmaterials aus einer zweiten Bereitstellungsvorrichtung; i ) Auflegen und Spannen der zweiten Flachmaterials an einer eingangsseitigen Spannvorrichtung; j ) Ausrichten des zweiten Flachmaterials an der Trennkante an dem Verbundwerkstück, wobei das Verbundwerkstück an einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung gespannt ist ; k) Verbinden des zweiten Flachmaterials mit dem Verbundwerkstück an der Trennkante mittels eines Schweißvorgangs ; m) Wiederholtes Zuführen des ersten Flachmaterials oder des zweiten Flachmaterials oder weiterer Flachmaterialien aus j eweiligen Bereitstellungsvorrichtungen .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass sich durch die Verwendung verschiedener Flachmaterialien ein maßgeschneidertes Verbundwerkstück herstellen lässt , das individuelle Anforderungen an Gewicht oder Stei figkeit aufweist . In nur einem Ablauf zyklus kann dieses mit mehreren Schweißnähten hergestellt werden . Dies ermöglicht beispielsweise logistische Vorteile , da die sonst notwendigen weiteren Ablauf zyklen einer konventionellen Schweißmaschine entfallen können . Weiterhin können auch sehr schmale Flachmaterialbreiten von etwa 10 mm zu einem Verbundwerkstück verarbeitet werden, wodurch eine vollständig optimierte Herstellung des Verbundwerkstücks hinsichtlich Kosten- , Funktions- und Gewichtsoptimierung ermöglicht wird . Weiterhin ergeben sich Vorteile im Hinblick auf den Umweltschutz , da nicht nur bei der Herstellung der Verbundwerkstücke Energie und somit Emissionen eingespart werden können, sondern auch da die Verbundwerkstücke gezielt zur Energie- und Gewichtseinsparung konfiguriert und eingesetzt werden können . Weiterhin kann vorteilhaft die Erzeugung von unnötigem Schrott bei der Herstellung vermieden werden, da Verfahrensschritte zur Entfernung von Materialsegmenten zur Gewichtsreduktion entfallen können .

Weiterhin wird dadurch beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass eines der Flachmaterialien im weiteren Verlauf des Verfahrens diesem zügig bereitgestellt und dabei verwendet werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist ein dem Verfahrensschritt a ) vorausgehender Verfahrensschritt al ) vorgesehen : al ) Durchführen eines Initialschnitts zur Kantenvorbereitung, wobei das erste Eingangsmaterial besäumt und ein erster Strei fen des Eingangsmaterials als Abfall abgetrennt wird .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass eine mit einer bedarfsgerechten Formgebung versehene und definierte Kante erzeugt werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist einen an den Verfahrensschritt b ) oder i ) anschließenden Verfahrensschritt bi ) vorgesehen : bi ) Vorbereiten, insbesondere Besäumen einer Kante , wobei das Vorbereiten bevorzugt im gespannten Zustand erfolgt .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass das Flachmaterial präzise besäumt werden kann und das Risiko eines Verzuges oder eines Verrutschens minimiert wird, um notwendige Toleranzen ermöglichen zu können .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist vorgesehen, dass Verfahrensschritt e ) mittels der folgenden Verfahrensschritte erfolgt : el ) Lösen der eingangsseitigen Spannvorrichtung; e2 ) Versetzen des an der ausgangsseitigen Spannvorrichtung gespannten Verbundwerkstücks mittels der ausgangsseitigen Spannvorrichtung um die erste Transport schritt strecke ; e3 ) Spannen der eingangsseitigen Spannvorrichtung; e4 ) Lösen der ausgangsseitigen Spannvorrichtung; e5 ) Rückversetzen der ausgangsseitigen Spannvorrichtung e 6 ) Spannen des Verbundwerkstücks mittels der ausgangs sei tigen Spannvorrichtung .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass ein Vortrieb des Verbundwerkstücks ermöglicht wird, der ein mögliches Verrutschen minimiert , im Optimal fall vermieden wird, und dadurch die Präzision und Genauigkeit des Fügens der Flachmaterialien aneinander erhöht werden kann . Beispielsweise können die auf Grund des Schweißens auftretenden Verzugskräfte dadurch minimiert werden, dass das Verbundwerkstück sich stets in einem gespannten Zustand befinden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verbundstück mittels der ausgangsseitigen Spannvorrichtung insbesondere am Ort der zuletzt ausgeführten Naht bzw . Fügekante gespannt wird . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die speziell im Bereich der zu schweißenden Fügekante auftretenden Spannungen und Verzugskräfte einen verringerten Einfluss auf die Ausrichtung und damit die Güte eines nachfolgenden Schweißvorgangs haben .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist ein an den Verfahrensschritt k) anschließender Verfahrensschritt 1 ) vorgesehen :

1 ) Wiederholen der vorausgegangenen Verfahrensschritte mit einer Anzahl X verschiedener Flachmaterialen . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass wenigstens in einer Dimension beliebige Abmessungen des Verbundwerkstücks ermöglicht werden und das Verbundwerkstück somit maßgeschneidert hergestellt werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist ein an den Verfahrensschritt g) anschließender Verfahrensschritt gl ) vorgesehen : gl ) Lagerung des ersten Flachmaterials in einer ersten Bereitstellungsvorrichtung .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass das erste Flachmaterial im späteren Verfahrensverlauf erneut verwendet werden kann und zügig zur Verfügung steht . Auch die weiteren Flachmaterialien können so zur Verfügung gestellt werden, was eine platzsparende und zügige Herstellung ermöglichen kann . Überdies ist die Schneidkante des vorangegangenen Schneidvorgangs bereits in der Güte einer besäumten Kante gegeben, so dass ein weiterer Besäumschnitt und der damit einhergehende Materialverlust vermieden wird .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abtrennen des Verfahrensschritt f ) geradlinig oder einem Konturverlauf folgend erfolgt , wobei insbesondere das Abtrennen des Verfahrensschritts f ) in einem Winkel zur Flächennormalen des Flachmaterials erfolgt .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die zu schweißende Kante beliebig und individuell geformt werden kann und darüber hinaus das Nutzen von Vorteilen, beispielsweise denen eines Schweißvorgangs mittels V-Schnitt , ermöglicht werden können . In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein abschließender Verfahrensschritt einen Umformprozess der gefügten Flachmaterialien umfasst .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass das aus den gefügten Flachmaterialien zunächst planare Verbundwerkstück zu einem dreidimensionalen Werkstück umgeformt werden kann, welches zusätzliche Eigenschaften und weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten . Beispielsweise kann ein zu einem Träger umgeformtes Verbundwerkstück zur Gewichtreduktion bei gleichbleibender Stabilität im Fahrzeugbau eingesetzt werden und so zu Energieeinsparungen und Emissionsreduktion genutzt werden .

Eine weitere Aus führungs form des Verfahrens unter Heranziehung eines Umformprozesses sieht vor, dass der Umformprozess ein Abkanten mit einem Abkantwinkel , insbesondere zwischen 45 ° und 135 ° , bevorzugt in etwa 90 ° umfasst , wobei mittels des Verfahrens insbesondere ein in seine Längsrichtung geöf fneter Profilkörper gebildet wird .

Durch die Anwendung des Umformvorgangs als Abkanten kann vereinfacht ein gewinkelter, insbesondere V- förmig oder U- förmig of fener Profilkörper hergestellt werden, welcher die Vorteile der technischen Eigenschaften des Verbundwerkstückes aus unterschiedlichen gefügten Flachmaterialien kombiniert

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die technische Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Fügen und Umformen von Flachmaterialien gelöst , umfassend wenigstens zweier Bereitstellungsvorrichtungen, wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Spanneinrichtung, wenigstens einer Schneid-Schweißeinrichtung sowie wenigstens eines Ausgabetisches , wobei die Bereitstellungsvorrichtungen relativ zum Ausgabetisch oder relativ zu der zweiten Spanneinrichtung bewegbar ausgebildet sind .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die Flachmaterialien zügig und beliebig dem Verfahren zugeführt werden können und somit Zeitvorteile und Kostenvorteile erzeugt werden können . Beispielsweise wird an der Vorrichtung selbst kein zusätzlicher Raum zur Lagerung der Flachmaterialien benötigt und der gesamte Herstellungsprozess kann beispielsweise in nur einer einzigen Produktionslinie durchgeführt werden .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Bereitstellungsvorrichtungen flächig, insbesondere schubladenförmig und mit einem an das j eweilige Flachmaterial angepassten Vorschub ausgebildet sind, wobei insbesondere der Vorschub frei programmierbare Achsen aufweist .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die einzelnen Flachmaterialien in einer in der Fläche beliebigen Orientierung für den Fügeprozess aneinander angelegt werden können, oder sich deren Orientierung entsprechend beliebig ändern lässt und sich somit weitere Möglichkeiten zur maßgeschneiderten Herstellung ergeben .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass j ede Bereitstellungsvorrichtung eine ihr j eweils zugeordnete erste Spanneinrichtung umfasst und die zweite Spanneinrichtung dem Ausgabetisch zugeordnet ist . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass der von der Vorrichtung benötigte Raum minimiert wird und ein kompakter und platzsparender Herstellungsprozess ermöglicht wird .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Bereitstellungsvorrichtungen vertikal zueinander angeordnet sind . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass ein in der Fläche von der Vorrichtung benötigter Raum minimiert wird und ein kompakter und platzsparender Herstellungsprozess ermöglicht wird .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Spanneinrichtungen Magnetspanntechnik, oder Vakuumspanntechnik, oder Spannbrückentechnik umfassen, wobei insbesondere die Spanneinrichtungen für ein einseitiges oder für ein beidseitiges Spannen der Flachmaterialien ausgebildet sind .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass beliebige Flachmaterialien mit ebenso beliebiger Beschichtung verarbeitet werden können und das Spannen dieser Flachmaterialien optimiert werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine j ede Bereitstellungsvorrichtung Klemmvorrichtungen, insbesondere Manipulatoren zum Ausrichten oder Arretieren der Flachmaterialien aufweist , wobei die Klemmvorrichtungen insbesondere frei programmierbare Bewegungsachsen aufweisen .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die Flachmaterialien dreidimensional im Raum bewegt werden können und aneinander gefügt werden können, was die Flexibilität der maßgeschneiderten Herstellung weiter verbessert .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Schneid-Schweißeinrichtung wenigstens einen Laserkopf umfasst , wobei der wenigstens eine Laserkopf zum Schweißen der Flachmaterialien, und/oder zum Schneiden der Flachmaterialien, und/oder zur Schweißnahtvorbereitung, insbesondere zur Aus führung eines Ablationsschritts an der Kante der Flachmaterialien ausgebildet ist .

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass zusätzliche Vorrichtungen zum lasergestützten Bearbeiten der Flachmaterialien an der Vorrichtung vermieden werden können und dadurch die Herstellung platzsparend und kompakt ermöglicht wird . Darüber hinaus wird hierdurch eine Zeit- und Energieeinsparung bei der Produktion ermöglicht , da auf weitere Laser- oder Schneid-Einrichtungen verzichtet werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Schneid-Schweißeinrichtung als Laserportal , insbesondere als 2D-Laserportal ausgebildet ist . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass in nur einer Produktionslinie eine verbesserte Taktzeit bei der Herstellung ermöglicht werden kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Laserkopf als Remote- Laserkopf oder als Nahfeld-Laserkopf ausgebildet ist . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die Flexibilität im Herstellungsprozess erhöht werden kann und komplexere Strukturen bearbeitet und hergestellt werden können . In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Förderer zur Entfernung von Abfall aus der Vorrichtung umfasst , wobei der Förderer insbesondere einen Auf f angtrichter umfasst und bevorzugt eine Absaugung umfasst . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die Vorrichtung zusätzlich kompakt und platzsparend eingesetzt werden kann und abgetrennte Reste den Ablauf der Herstellung nicht behindern .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Übergabevorrichtung zwischen dem Ausgabetisch und einer Umformungsvorrichtung umfasst . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass ein zügiger Transport zwischen diesen beiden Positionen ermöglicht wird, was sich positiv auf die Herstellungsdauer auswirken kann .

In einer weiteren technisch vorteilhaften Aus führungs form der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Flachmaterialien aus einem Vormaterialspeicher, insbesondere mittels Flachmaterial-Coils oder mittels Flachmaterial-Tafeln bereitgestellt sind . Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht , dass die Vorrichtung dauerhaft betrieben werden kann und Aus fall zeiten beispielsweise zum Nachbestücken vermieden werden können indem der Vormaterialspeicher unabhängig bestückt werden kann .

Aus führungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschreiben . Es zeigen :

Fig 1 : eine schematische Übersichtsdarstellung einer

Vorrichtung zur Veranschaulichung eines Verfahrens ;

Fig 2 : eine Kantenvorbereitung mittels eines Besäumschnitts ; Fig 3 : einen Trennschnitt zur Abtrennung eines ersten

Strei fens 4a von einem Flachmaterial 4 ;

Fig 4 : ein Fügen und Schweißen eines ersten Flachmaterials 4 mit einem zweiten Flachmaterial 5 ;

Fig 5 : ein Lösen einer eingangsseitigen Spannvorrichtung 7 und ein Vorschub 50 einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung 8 zum Transport eines Verbundwerkstücks 20 ;

Fig 6 : ein Trennschnitt zur Abtrennung eines Strei fens 5a vom einem zweiten Flachmaterial 5 nach Rückstellung der ausgangsseitigen Spannvorrichtung 8 ;

Fig 7 : Wiederholen der Schritte zur Anbringung eines Strei fens des dritten Flachmaterials 6 und Wiederholen mit beliebigen Kombinationen von den Flachmaterialien 4 , 5 , 6 zur Bildung eines Verbundwerkstücks 20 ; sowie

Fig 8 : exemplarisches Verbundwerkstück 20 als Kombination von

Strei fen von Flachmaterialien 4 , 5 , 6 .

Eine Zusammenschau der Figuren 1 bis 7 zeigt eine exemplarische Aus führungs form des Verfahrens und eine schematische Darstellung der Vorrichtung bis zur Herstellung des in Figur 8 gezeigten Verbundwerkstücks .

Die Bereitstellungsvorrichtungen 1 , 2 , 3 stellen ein ihnen j eweils zugeordnetes und auf ihnen liegendes Flachmaterial 4 , 5 , 6 bereit , welches an einer eingangsseitigen Spannvorrichtung 7 , sowie einer ausgangsseitigen Spannvorrichtung 8 gespannt werden kann, während es mit einer als Laserkopf 10 ausgebildeten Schneid-Schweißvorrichtung bearbeitet wird, um in Richtung des Ausgabetisches 9 transportiert zu werden . Dargestellt ist dies in Figur 1 mit sich beispielhaft in ihrer Dicke unterscheidenden Flachmaterialien 4 , 5 , 6 . Beispielsweise können vorteilhaft Flachmaterialien mit ganz unterschiedlichen geometrischen oder physikalischen Eigenschaften Verwendung finden . Die Figur 2 zeigt dass das erste Flachmaterial 4 mittels der Bereitstellungsvorrichtung 1 in Richtung der eingangsseitigen Spannvorrichtung 7 und teilweise darüber hinaus in Richtung ausgangsseitiger Spanneinrichtung 8 verschoben wurde und sodann zur Kantenvorbereitung einen Besäumschnitt durch den Laserkopf 10 erfährt . Der hierdurch abgetrennte und nicht näher bezeichnete Strei fen des Flachmaterials 4 kann sodann als Abfall aus der Vorrichtung entfernt werden, was nicht näher dargestellt ist .

In Folge des Besäumschnitts wird wie in Figur 3 dargestellt das erste Flachmaterial 4 erneut über die Spannvorrichtung 7 hinaus bewegt und die ausgangsseitige Spannvorrichtung 8 spannt das erste Flachmaterial 4 nunmehr zusätzlich . Hierdurch kann vorteilhaft ermöglicht werden, dass der nun mittels des Lasers 10 durchgeführte Trennschnitt zur Erzeugung eines ersten Strei fens ersten Flachmaterials 4a präzise und ohne Verzug des ersten Flachmaterials 4 durchgeführt werden kann .

I st der erste Strei fen 4a abgetrennt , wird, wie in Figur 4 dargestellt , das nunmehr gekürzte erste Flachmaterial 4c wieder zurückgezogen und für eine mögliche spätere Verwendung binnen der Bereitstellungsvorrichtung gespeichert . Der erste Strei fen ersten Flachmaterials 4a verbleibt als Ausgangswerkstück an der ausgangsseitigen Spanneinrichtung gespannt . Die Bereitstellungseinrichtungen erfahren sodann einen hori zontalen Versatz 40 , um ein zweites Flachmaterial 5 zur Verfügung zu stellen . Auch dieses Flachmaterial 5 wird bei seiner erstmaligen Verwendung zunächst besäumt . Dies wird, wie auch das erste Flachmaterial 4 , in Richtung der ausgangsseitigen und über die eingangsseitige Spannvorrichtung hinweg verschoben und an den sich noch in der ausgangsseitigen Spanneinrichtung 8 gespannten Strei fen ersten Flachmaterials 4a angelegt . Beim Anlegen des Flachmaterials 5 an das Flachmaterial 4a erfolgt keine Besäumung mehr .

Mittels eines durch den Laser nun durchgeführten Schweißvorgangs wird das zweite Flachmaterial 5 an den Strei fen ersten Flachmaterials 4a zu einem Verbundwerkstück 20 gefügt , während beide Flachmaterialien j e stets fest an den Spanneinrichtungen 7 ,

8 gespannt sind . Vorteilhaft kann so die Güte der Schweißvorgänge optimiert werden, wenn zu j edem Zeitpunkt nach dem Abtrennen wenigstens der erste Strei fen ersten Flachmaterials 4a, respektive das Verbundwerkstück 20 wenigstens teilweise fest gespannt ist , bis das Verbundwerkstück 20 vollends hergestellt ist .

In Figur 5 ist dargestellt , wie das an den ersten Strei fen ersten Flachmaterials 4a gefügte zweite Flachmaterial 5 , von der eingangsseitigen Spanneinrichtung 7 gelöst , mittels der ausgansseitigen Spanneinrichtung in Richtung des Ausgabetisches

9 gezogen und verschoben wird . So wird das zu diesem Zeitpunkt aus dem ersten Strei fen ersten Flachmaterials 4a und dem zweiten Flachmaterial 5 gebildete Verbundwerkstück 20 um eine Transportstrecke 50 mittels eines Vorschubs der ausgangsseitigen Spannvorrichtung so weit versetzt , dass ein weiterer und in Figur 6 dargestellte Trennschnitt mittels des Laserkopfes 10 ermöglicht werden kann .

In Figur 6 ist dargestellt , dass das Verbundwerkstück 20 in Folge des Vorschubs der ausgangsseitigen Spannvorrichtung 8 zunächst von der eingangsseitigen Spanneinrichtung 7 erneut gespannt wird, die ausgangsseitige Spanneinrichtung 8 gelöst wurde und diese erneut zu der eingangsseitigen Spanneinrichtung 7 zurück verfahren wurde . Hier spannt die ausgangsseitige Spanneinrichtung 8 erneut das Verbundwerkstück 20 und es kann ein präziser Trennschnitt des Laserkopfes an dem zweiten Flachmaterial 5 ermöglicht werden . Dieser erzeugt einen zweiten Strei fen zweiten Flachmaterials 5a, der nun fest mit dem ersten Strei fen ersten Flachmaterials 4a verschweißt ist und gemeinsam das an der ausgangsseitigen Spannvorrichtung gespannte Verbundwerkstücks 20 bildet .

In Figur 7 ist dargestellt , wie ein weiteres Mal die Bereitstellungsvorrichtungen 1 , 2 , 3 um einen Versatz 40 bewegt werden, um nun ein drittes Flachmaterial 6 zur Verfügung zu stellen . Dies wird analog zum bisherigen Ablauf mittels des Laserkopfes an der Kante des zweiten Strei fens zweiten Flachmaterials 5a gefügt und hieran verschweißt .

Durch Wiederholen der Verfahrensschritte kann ein Verbundwerkstück 20 kostengünstig und schnell hergestellt werden, dass maßgeschneidert und individuell zur Reduktion von Emissionen bei seiner Herstellung oder bei seiner Verwendung beitragen kann . Das Verbundwerkstück kann bei einer Kombination von sich in ihren physikalischen, geometrischen oder in ihren Oberflächenbeschichtungen unterscheidenden Flachmaterialien optimal auf gewünschte Bedürfnisse angepasst werden und mittels eines Umformungsprozesses beispielsweise Träger oder Bauteile bilden, die maßgeschneiderte Eigenschaften in Gewicht oder Stabilität aufweisen .

Figur 8 zeigt ein exemplarisches Verbundwerkstück als Kombination von Strei fen von Flachmaterialien . Die Flachmaterialien 4 , 5 , 6 wurden mittels der beschriebenen Vorrichtung und gemäß des beschriebenen Verfahrens zu j eweiligen Strei fen 4a, 4b, 5a, 5b, 6a verarbeitet , die wiederum mittels Schweißnähte 61 aneinander gefügt wurden . Das Verbundwerkstück 20 wird sodann an den Umformkanten 60 umgeformt . Vorteilhaft kann hierbei beispielsweise ein maßgeschneiderter Träger hergestellt werden, der auf Grund seines Flachmaterialmix flexibel auf gewünschte Bedürfnisse angepasst werden kann . Dies kann sich vorteilhaft zur Reduzierung umweltschädliche Emissionen auswirken, da weniger Schrott und Abfall bei der Herstellung produziert wird, die Herstellung energiesparend und schnell durchgeführt werden kann, und das umgeformte Verbundwerkstück 20 zur Gewichtseinsparung beispielsweise im Fahrzeugbau einsetzen lässt .

Bezugs zeichenliste :

1 erste Bereitstellungsvorrichtung

2 zweite Bereitstellungsvorrichtung

3 dritte Bereitstellungsvorrichtung

4 erstes Flachmaterial

4a erster Strei fen ersten Flachmaterials

4b fünfter Strei fen ersten Flachmaterials

4c zurückgezogen gespeichertes und gekürztes Reststück ersten

Flachmaterials

5 zweites Flachmaterial

5a zweiter Strei fen zweiten Flachmaterials

5b vierter Strei fen zweiten Flachmaterials

6 drittes Flachmaterial

6a dritter Strei fen dritten Flachmaterials

7 eingangsseitige Spannvorrichtung

8 ausgangsseitige Spannvorrichtung

9 Ausgabetisch

10 Laserkopf

20 Verbundwerkstück

40 Versatz der Bereitstellungseinrichtungen

50 Transportschrittstrecke/Vorschub der ausgangsseitigen

Spannvorrichtung

60 Umformkanten

61 Schweißnähte