Verfahren zum Schneiden und/oder Verschweißen von Blechen und Bearbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden und/oder Verschweißen von Blechen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Bearbeitungsanlage zum Schneiden und/oder Stumpfverschweißen gemäß Anspruch 7.

Aus der EP 0 438 615 A1 ist eine Einrichtung zum Verbinden von minde¬ stens zwei Blechen durch wenigstens eine durch eine Laserstrahl- Schweißvorrich-tung hergestellte Schweißnaht bekannt, wobei Paletten¬ paare mit darauf liegenden Blechtafeln auf einer Taktförderanlage ne- beneinander gefördert werden und die Paletten an einen leistenförmigen Anschlag bzw. ein Lineal herangefördert werden, an das die Grundseiten der Blechtafeln zur Anlage kommen, um die Blechtafeln zueinander stirn¬ seitig auszurichten und wobei die Paletten mit den darauf festgeklemmten Blechtafeln orthogonal zur Förderrichtung der Taktförderanlage gegenein- ander bis zum Anschlag der miteinander zu verschweißenden Grundsei¬ ten der Bleche bewegt werden. Nach Abheben der Blechtafeln von den Paletten werden die Paletten unterhalb der Förderbahn für die Blechtafeln durch die gleiche Förderanlage zur Beladestation der neuen Blechtafeln zurückgefördert.

Wesentlich bei dieser bekannten Einrichtung ist, daß die zu verschwei¬ ßenden Bleche auf unterschiedlichen Paletten angeordnet sind und zum Verschweißen der Bleche die Paletten zusammengeführt werden müssen, wobei im Bereich der Schweißnaht die Paletten von den Blechen überragt werden, damit unterhalb der Schweißnaht Andrück- und Führungsrollen angeordnet werden können. Das Aufeinanderzubewegen der beiden Pa-

letten erfordert zusätzliche Einrichtungen und auch Zeit. Außerdem ist bei der bekannten Einrichtung für den Transport der auf den Paletten liegen¬ den Bleche von der Belade- bis zur Entladestation nur eine Fördervorrich¬ tung mit im wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit vorgesehen. Hierbei ist kein kontinuierlicher und lückenoptimierter, d. h. mit möglichst geringem Abstand, Transport der Bleche an der Schweißvorrichtung vor¬ bei möglich, da es zwangsweise beim Be- und Entladen der Bleche von den Paletten zu Verzögerungen und Unterbrechungen kommt. Darüber hinaus können bei diesem Stand der Technik nur Schweißnähte mit im wesentlichen geradem oder einheitlichem Verlauf hergestellt werden.

Aus der DE 33 14 748 C2 ist eine Bearbeitungsmaschine für flache Werkstücke mit zumindest einer Bearbeitungsstation, u. a. auch zum Brennschneiden von Blechtafeln, bekannt, wobei die Werkstücke auf Halteorgane aufweisenden Werkstück-Verschiebevorrichtungen unter ei¬ ner Bearbeitungsstation verschiebbar sind. Die Werkzeuge sind dabei quer zur Verschieberichtung der Werkstücke verfahrbar. Die Verschiebe¬ vorrichtungen dienen hierbei nur zum Transport der Werkstücke unter der Bearbeitungsstation hindurch. Einrichtungen, mit denen die Werkstücke nacheinander zu der Verschiebevorrichtung gefördert werden, sind hierbei nicht dargestellt.

Die DE 41 13 295 A1 betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von Kfz- Karosserien, bestehend aus einem Rahmengestell, Fertigungsstraße und mindestens einer drehbar auf einer Auflage montierten Trommel, welche Positionierungswerkzeuge für Karosserieteile enthält. Die Auflage der Trommel besteht hierbei aus einem Wagen, der auf einer Grundplatte ver¬ schiebbar ist. Das Problem eines lückenoptimierten Transportes der Ble¬ che, d. h. mit möglichst geringem und gleichbleibendem Abstand an der Bearbeitungsvorrichtung vorbei, und zwar in Transportrichtung der Ferti¬ gungsstraße, ist hierbei nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Bearbeitungsanlage vorzuschlagen, bei der die zum Stand der Technik aufgezeigten Probleme nicht bestehen und beliebig gestaltete Bleche für die Bearbeitung auf ihrer Unterlage fest positioniert und zur Bearbeitungsstation und an dieser vorbei gefördert werden.

Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 7 wiederge¬ gebenen Merkmale gelöst.

Die Verfahrensansprüche 2 bis 6 enthalten sinnvolle ergänzende Verfah¬ rensmerkmale. In den Unteransprüchen 8 bis 19 sind verschiedene Aus¬ führungsformen der erfindungsgemaßen Schweißanlage nach Patentan¬ spruch 7 angegeben.

Erfindungsgemäß können beim Schneiden mindestens ein oder beim Schweißen mindestens zwei oder auch mehrere Blechtafeln bzw. Vorpla¬ tinen auf einem Träger bereits so genau positioniert werden, daß mit einer oder mit mehreren Bearbeitungsvorrichtungen gleichzeitig beliebig verlau- fende Schnittlinien oder Schweißnähte hergestellt werden. Die Bleche können dann vorzugsweise nacheinander in verschiedene Etappen auf dem einen Träger gemeinsam positioniert werden und mit an sich bekann¬ ten Spannvorrichtungen festgeklemmt werden. Je nach Fertigstellung die¬ ser Verbindung werden die Träger in unregelmäßigen Abständen und/oder diskontinuierlich bis vor die Bearbeitungsvorrichtung gefahren. Vor der Bearbeitungsvorrichtung kann es erfindungsgemäß auch zu ei¬ nem Aufstau mehrerer Träger hintereinander kommen. Unter der Be-

arbeitungsvorrichtung hindurch werden dann die Bleche möglichst konti¬ nuierlich und/oder lückenoptimiert, d. h. im wesentlichen mit möglichst geringem Abstand, hindurch bewegt, so daß die Bearbeitungsvorrichtung, die insbesondere eine Laserstrahl-Schneid- oder Schweißvorrichtung ist, möglichst ohne Unterbrechung kontinuierlich schneiden oder schweißen kann. Die Geschwindigkeit dieser Bleche unter dieser Bearbeitungsvor¬ richtung hindurch hängt von der Schneid- oder Schweißgeschwindigkeit und/oder dem beliebigen Verlauf der Schnittlinie oder Schweißnaht bzw. Schnittlinien oder Schweißnähte ab. Die Bearbeitungsvorrichtung ist zweckmäßigerweise an einer die Transportbahn der Bleche überspan¬ nenden Portalbrücke angeordnet und kann an dieser entsprechend dem Verlauf der beliebig verlaufenden Schnittlinie oder Schweißnaht verfahren oder bewegt werden. Wenn mehrere Schnittlinien oder Schweißnähte mit kompliziertem Verlauf oder z. B. mehr als zwei Bleche gleichzeitig ge- schnitten oder verschweißt werden sollen, können auch mehrere Bearbei¬ tungsvorrichtungen unabhängig voneinander in Aktion sein. Nach Beendi¬ gung des Schneid- oder Schweißvorganges können die Bleche, vorzugs¬ weise auch mit höherer Geschwindigkeit, zu einer Entnahmevorrichtung gefördert werden und dort in unregelmäßigen Abständen und/oder dis- kontinuierlich von den Trägern abgehoben werden. Wichtig ist hierbei, daß für eventuelle Verzögerungen bei der Entnahme ein Puffer vorgese¬ hen ist, damit es keine Auswirkungen auf den Schneid- oder Schweißvor¬ gang gibt.

Es hat sich als günstig erwiesen, für den Transport der Träger von der Beladestation bis zur Entladestation und für den Rücktransport der leeren Träger bis zur Beladestation ein Umlaufsystem zu verwenden, wie es in den Unteransprüchen 10 bis 13 näher beschrieben ist. Für den von dem Hauptumlaufsystem unabhängigen gezielten Transport an der Bearbei- tungsvorrichtung vorbei werden die Paletten mit den lösbar darauf befe¬ stigten Trägern und den Blechen über ein Hebersystem angehoben oder

abgesenkt und jeweils mit einer von zwei gegenläufig arbeitenden hori¬ zontalen Vorschubachsen verbunden. Um auch hier eine kontinuierliche Förderung zu gewährleisten, werden die beiden Vorschubachsen gegen¬ läufig betrieben, d. h. während die eine einen Träger vorwärts transpor- tiert, bewegt sich die andere leer zum Übernahmepunkt zurück. Am Ende des Schneid- oder Schweißvorganges wird wiederum über das Hebesy¬ stem der Träger angehoben bzw. abgesenkt und von der Vorschubachse abgetrennt und an das Umlaufsystem angeschlossen.

Durch die in den Unteransprüchen 15 bis 17 beschriebene Positionierung der Bleche auf einem Vorpositioniertisch zwischen Stapelplatz und Träger kann die Lagetoleranz der Bleche in X/Y-Ebene minimiert und vor allen Dingen die Transportzeit in dem Querförderer vom Stapelplatz bis zum Träger verkürzt werden. Die Bleche können entweder mit Magnetspan- nern von unten und/oder mit Spannleisten pneumatisch von oben auf dem Träger gehalten werden. Im letzteren Fall kommt der Träger mit geöffne¬ ten Spannern in der Beladestation an und nach Positionierung der Bleche werden diese Spanner geschlossen. Bei den Magnetspannern können die permanentmagnetischen Auflageleisten durch einen angelegten Stromfluß zum Einlegen der Bleche neutralisiert werden.

Für einen häufigeren Wechsel der Bleche können zur schnelleren Anpas¬ sung an verschiedene Blechformen und/oder Schnittlinien- oder Schwei߬ nahtverläufe auf dem Träger verstellbare, flexible und/oder gelenkig mit- einander verbundene Spannvorrichtungen angeordnet sein. Mit diesen auf einfache Weise in ihrer Lage auf dem Träger veränderbaren Spannvor¬ richtungen kann auf einen kompletten Austausch des Trägers und/oder der Palette weitgehend verzichtet werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 6 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

D

Figur 1 eine Draufsicht auf die wesentlichen Teile der erfindungsge¬ mäßen Bearbeitungsaniage,

Figur 2 einen senkrechten Schnitt durch das Umlaufsystem 1 ,

Figur 3 eine veränderte Ausführungsform zu Figur 1 , Figur 4 einen senkrechten Schnitt durch die Heber 1 , 2,

Figur 5 einen senkrechten Schnitt durch einen Heber 3,

Figuren 6a bis 6f verschiedene Blechanordnungen 10d bis 10u, so wie sie auf jeweils einem Träger angeordnet sein können.

Die Paletten mit den geschnittenen und für den Schweißvorgang vorberei¬ teten Blechplatten 10a bis 10u (Vorplatinen) werden mit einem nicht dar¬ gestellten Gabelstapler in Pfeilrichtung auf den jeweiligen Stapelplätzen 4 abgesetzt. Spreizmagnete 5a bis 5c werden zur Fixierung an den Blech- Stapel angestellt. Von den in Durchlaufrichtung DLR links und rechts des Umlaufsystemes 1 angeordneten Stapelplätzen 4 werden die Bleche wechselseitig einzeln vom in Figur 1 nur andeutungsweise mit den Stüt¬ zen 8 dargestellten Querförderer 6 (Linearportalsystem) mit Hilfe von Hubvorrichtungen 7 mit Saugrahmen abgeholt und auf den jeweilig in der- selben Querebene liegenden Vorpositioniertischen 9 abgeworfen. Wäh¬ rend also Bleche 10 von den Stapelplätzen 4 auf der linken Seite abgeholt werden, können an den Stapelplätzen 4 auf der rechten Seite die leeren Paletten gegen volle ausgetauscht werden. Durch das Ablegen auf den Vorpositioniertischen 9 wird einerseits die vorhandene Lagetoleranz der Bleche in der X/Y-Ebene minimiert und andererseits der Handlingzyklus des Linearportalsystemes 6 verkürzt. In der Position P1 wird ein von unten ankommender leerer Bauteilträger bzw. Träger 3, der üblicherweise mit einer darunter angeordneten Palette 2 lösbar verbunden ist, angehalten und mit einer nicht dargestellten Medienkupplung zur Erzeugung der elektrischen Verbindung mit den Magneten verbunden. In dieser Position P1 wird mit Hilfe des Einlegerobotors 12 nach Figur 1 z. B. das Blech 10a

vom Vorpositioniertisch 9 entnommen und mit Hilfe des schwimmenden Saugrahmens in seiner exakten Lage auf dem Träger 3 positioniert. Hier¬ zu können Anschläge 13 zum Positionieren sowohl stationär als auch fest auf dem Träger 3 vorhanden sein. Die Blechtafeln 10 können entweder von unten mit an sich bekannter Magnetspanntechnik, wobei die perma¬ nentmagnetischen Auflageleisten durch einen angelegten Stromfluß zum Einlegen der Bleche neutralisiert werden, als auch über von oben pneu¬ matisch angepreßte Spannleisten auf dem Träger 3 positioniert und gehal¬ ten werden. Bei der Magnetspanntechnik von unten werden die Auflage- leisten nach der Positionierung der Bleche 11 magnetisiert und somit die Bleche festgespannt. Danach können die Abstecker zur Fixierung des Trägers 3 in X/Y/Z-Richtung und die Medienkupplung abgezogen werden, um den Träger mit dem positionierten Blech 10a (vgl. Figur 1) mit Hilfe der Fördervorrichtung 21 auf den Transportrollen 22 zur Position P2 zu för- dern. In dieser Position wird das Blech 10b vom entsprechenden Vorposi¬ tioniertisch 9, wie vorher das Blech 10a, mit Hilfe des Einlegerobotors 12 auf den Träger 3 gelegt und so mit dem Blech 10a kombiniert, daß ohne Veränderung der Position der beiden Bleche zueinander geschweißt wer¬ den kann. Anschließend wird der Träger 3 mit den beiden Blechen 10a und 10b so weit bis vor die Schweißvorrichtung 15 gefördert, dort ge¬ stoppt und mit Hilfe der vertikalen Hubvorrichtung 29 des Hebers H1 von dem Transportniveau 28 um ca. 50 mm auf die Freilaufrollen 23 abge¬ senkt. Die Freilaufrollen 23 sind mechanisch genau gefertigt, da ihre Oberkante die genaue Höhenpositionierung der Bleche in Z-Richtung beim Schweißen gewährleisten muß. In dieser unteren Ebene wird der Träger 3 mit Hilfe von Zentrierstiften 26 und Zentrierbuchsen 27 und ei¬ nem Andocksystem 25 an eine der beiden horizontal beweglichen Vor¬ schubachsen 24 angedockt. Das Andocksystem muß dabei spielfrei und äußerst genau beschaffen sein, da die Positioniergenauigkeit der Bleche relativ zum Schweißkopf in der X/Y-Ebene direkt beeinflußt wird. Alternativ zur beschriebenen Auflage der mit dem Träger 3 verbundenen Palette 2 in

Z-Richtung auf den Freilaufrollen 23 ist auch eine direkte Auflage der Pa¬ letten 2 auf dem Schlitten der horizontalen Vorschubachse 24 möglich. Nach dem Andocken der Palette 2 wird diese mit der horizontalen Vor¬ schubachse 24 auf die für den Schweißvorgang erforderliche Geschwin- digkeit beschleunigt und unter der Portalbrücke 14 durchgefahren. Die Schweißvorrichtungen 15 sind an der Portalbrücke zumindest in Y- und Z- Richtung und vorzugsweise auch um bestimmte Drehachsen beweglich angeordnet. Durch Überlagerung bzw. Programmierung der Geschwindig¬ keit der horizontalen Vorschubachse 24 und der Bewegungsmöglichkeit der Schweißvorrichtung 15 kann innerhalb der Maximalabmessungen jede beliebige Schweißnahtkontur der Bleche geschweißt werden. Unmittelbar nach Verlassen des Schweißbereiches wird die Palette 2 mit dem fertig verschweißten Bleche 11 im Bereich des Hebers H2 durch Anheben von der horizontalen Vorschubachse 24 entkoppelt und zur Entnahmeposition P4 gefördert. Dort wird sie angehalten und das geschweißte Blech 11 von einem Entnahmerobotor 16 mit Saugrahmen von dem Träger 3 entnom¬ men und zur weiteren Behandlung der Ölstation 17 zugeführt. Die leere Palette 2 mit dem Träger 3 wird danach gemäß Figur 5 nach seitlicher Verschiebung der horizontalen Verschiebevorrichtung 30 nach außen mit Hilfe der Hubeinrichtung 32 um die durch Pfeil dargestellte Hubhöhe auf die untere Rückfördervorrichtung 31 abgesenkt und zur Station P1 zu¬ rückgeführt und dort mit Heber H4 in die Aufnahmeposition gebracht.

In den Figuren 4 und 5 ist zusätzlich das Traggestell für das Umlaufsy- stem 1 mit 18, der obere Querbalken mit 19 und der untere Querbalken mit 20 bezeichnet.

Durch das erfindungsgemäße Anlagenkonzept ist eine maximale Flexibili¬ tät bei gleichzeitig kostenoptimierter Fertigung realisiert. So ist ein Schweißen möglich von

- Blechen beliebiger Dicke oder Materialien,

- beliebigen Blechgeometrien,

- geraden Nähten (vgl. Figur 6a),

- ungeraden Nähten (vgl. Figur 6b),

- kreisförmigen oder ovalen Nähten (vgl. Figur 6c) - zwei oder mehr als zwei Blechen zu einem Gesamtblech in einem Durchlauf (vgl. Figur 6d)

- mehr als eine Schweißnaht mit entsprechender Anzahl von Bearbei¬ tungsköpfen im Durchlaufverfahren (vgl. Figur 3 und Figur 6e)

- „Blechpaketen" (vgl. Figur 6f).

Die Anlage ist für Nachfolge- oder Mixbetrieb hinsichtlich der Bleche und Träger flexibel konzipiert. Die Paletten 2 können unabhängig von der Blechgeometrie immer in der Anlage verbleiben. Die Bauteilträger 3 kön¬ nen auf den Paletten 2 lösbar montiert sein, um bei Bedarf blechspezifisch ausgetauscht zu werden.

Zur Anpassung an verschiedene Formen von miteinander zu verschwei¬ ßenden Blechen gibt es die Möglichkeit, auf dem Träger feststellbare Spannleisten anzuordnen. Dabei können gerade oder abgewinkelte Nähte durch manuelles Umstellen mit nur einer Spanntechnik ohne Auswechseln des Trägers verarbeitet werden. Hierzu sind die Spannleisten zweckmäßig beidseitig geteilt, wobei die beiden Hälften über eine Drehlagerung mit¬ einander verbunden sind, so daß prinzipiell beliebige Winkel dargestellt werden können.

Durch Verwendung einer beliebig großen Zahl von Vorpositioniertischen 9 und Einlegestationen gleicher Bauweise können beliebig viele Bleche mit einem Durchlauf zu einer Gesamtplatine bei einer minimalen Hand- lingstaktzeit von z. B. 12 s verarbeitet werden. Je nach Platinensituation kann zur Blechkühlung beim Schweißprozeß eine Kontaktkühlung über die Auflageleisten und sowohl eine Luft- oder Gaskühlung als auch eine

Wasserkühlung vom Bearbeitungskopf aus eingesetzt werden. Je nach den Erfordernissen kann auch eine Nahtfolge- bzw. Spaltsensorik einge¬ setzt werden. Die Qualität der geschweißten Nähte wird sinnvoller Weise durch an sich bekannte nachlaufende optische Sensoren an der Oberseite der Platinen vom Bearbeitungskopf aus On-Line kontrolliert.

Das beschriebene Palettenumlaufsystem kann naturgemäß auch in Ver¬ bindung mit einem Schneidportalsystem zum nebenzeitenoptimierten Konturschneiden von Blechtafeln eingesetzt werden.

Bezuqszeichenliste

(1) Palettenumlaufsystem

(2) Palette

(3) Bauteilträger bzw. Träger für die Bleche (10)

(4) Stapelplatz für die zu bearbeitenden Bleche (10) (5a) - (5c) Spreizmagnete

(6) Querförderer (Linearportalsystem)

(7) Hubvorrichtung mit Saugrahmen

(8) Stützen von (6)

(9) Vorpositioniertisch für (10)

(10a) - (10u) Bleche (vor dem Schweißen oder Schneiden)

(11) Bleche (nach dem Schweißen oder Schneiden)

(12) Einlegeroboter mit schwimmendem Saugrahmen

(13) Anschläge zum Positionieren von (10) auf (2)

(14) Portalbrücke mit (15)

(15) Schneid- oder Schweißvorrichtung (Bearbeitungsvorrichtung)

(16) Entnahmeroboter für (11 )

(17) Ölstation

(18) Traggestell von (1)

(19) oberer Querbalken

(20) unterer Querbalken

(21) Fördervorrichtung

(22) Transportrollen

(23) Freilaufrollen (Oberkante = Transportieren beim Schweißen)

(24) Vorschubachsen

(25) Andocksysteme zum Verbinden von (24) und (2)

(26) Zentrierstift an (25)

(27) Zentrierbuchse in (2) für (26)

(28) Transportniveau der Paletten

(29) vertikale Hubvorrichtung an (H1) und (H2)

(30) horizontale Verschiebevorrichtung an (H3)

(31) untere Rückfördervorrichtung

(32) Hubeinrichtung an (H3)

H1 - H4 Heber

DLR Durchlaufrichtung von (10)/(11 ) auf (1 )

P1 - P4 Positionen von (10)/(11) in (1)