專利名稱：用于夾緊至少兩個部件的夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在激光加工機中、特別是在激光焊接裝置中夾緊 至少兩個部件的夾緊裝置。
背景技術(shù)：
這種類型的夾緊裝置在多個文獻中已知。例如DE 199 24 469 Al示出 一種用于工件的焊接夾持裝置，特別是用于激光透射焊接由塑料制成的接 合面，其中接合面設(shè)置在環(huán)繞兩件式工件的邊緣凸緣上。其中一個工件由 用于支承部件的接納部保持。第二部件由夾緊頭加載，所述夾緊頭保持成 在外側(cè)圍繞實際焊接線，以將夾緊壓力引入接觸面中。
在才艮據(jù)DE 195 10 493A1所示的焊接裝置中，通過液力的、氣動的、 滾壓形式的或其他的壓緊裝置來進行壓力作用。其中明確地公開了 一種沿 著輻射區(qū)域在加工激光束旁一起延伸的壓緊輥。這種方法的顯著缺點是 通過壓緊輥的運動，在壓緊輥的運動方向上施加有一切向力。該切向力在 被透射的接合部件中引起應(yīng)力。此外，放置在部件表面上的壓緊輥可能對 該表面造成損害。
US 5 049 720 A示出一種用于塑料容器蓋的激光焊接裝置，其中所述 蓋在焊縫的區(qū)域中由 一雙環(huán)形夾具壓到容器凸緣上。因此兩個夾緊環(huán)之間 的空隙完全由可透過激光的窗遮蓋，從而使位于其下方的區(qū)域在為蓋加載 時被密封，并且額外地承受過壓。此方法要實現(xiàn)將蓋均勻地貼靠在容器上。 激光束經(jīng)過所述窗和兩個環(huán)之間的空隙擊打在焊接區(qū)上。在此，夾緊壓力 由在中央設(shè)置在工件上方的壓力缸提供。這種布置不適合用于較小的、需 焊接的部件。就本發(fā)明的背景技術(shù)而言，應(yīng)當(dāng)簡要地探討其特別的應(yīng)用領(lǐng)域，即所 謂的透射焊接。在此這樣實現(xiàn)將必要的激光功率引入接合區(qū)中，即，使激 光束透射一部件的完全或至少部分地讓激光波長范圍透過的蓋層。激光能 量至少部分地被下接合部件吸收。所產(chǎn)生的熱使下接合部件熔化，通過從 第二部件傳遞到蓋層的熱還使得第 一部件部分熔化。兩個接合部件通過作 用到接合區(qū)上的壓力而連接。激光束在此沿著焊縫移動。
為產(chǎn)生壓力作用，代表最接近的現(xiàn)有技術(shù)的DE 199 24 469 Al示出一 種外部夾緊裝置，其中接合部件上的相對的夾緊壓力被施加到焊縫的 一側(cè) 上。這導(dǎo)致要透射的接合部件沿焊縫受到單側(cè)栽荷，這一點對焊接質(zhì)量造 成不利影響。壓力分布沿焊縫方向逐漸減小，并可能引起部件的外部變形。 因此，可能在塑料結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力，這在熔化部分凝固后可能導(dǎo)致在焊縫 中或在所述焊縫附近出現(xiàn)裂紋。
此外，如果在焊縫之外在部件上沒有材料或材料不足以用于附裝外部 夾緊裝置，則難以應(yīng)用該外部夾緊裝置。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種上述類型的夾 緊裝置，利用所述夾緊裝置可通用地將兩個要接合的部件與其尺寸無關(guān)地 夾緊，從而可能完全不使用有問題的外部夾緊技術(shù)。
所述目的通過在權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)，為此在所述夾緊裝置中設(shè) 置有
-設(shè)置在加工機的環(huán)繞的射束路徑內(nèi)的內(nèi)部夾具，所述內(nèi)部夾具具有 一用于內(nèi)部夾緊所述部件的夾緊面，和
-用于將所述內(nèi)部夾具連接到位于外部的夾緊頭上的窄的連接梁，所 述連接梁跨過夾緊頭中的穿通隙部，該穿通隙部允許射束路徑從加工機到 達所述部件。
本發(fā)明提出一種內(nèi)部夾緊技術(shù)，由于與位于內(nèi)部的夾緊部件相關(guān)聯(lián)的 陰影效應(yīng)，該內(nèi)部夾緊技術(shù)此前未在激光加工機中使用。本發(fā)明出于下述認(rèn)知，即加工激光束的較小的中斷，如僅通過用于將內(nèi)部夾具連接到外置 的夾緊頭上的窄的連接梁而出現(xiàn)的中斷，對焊縫并沒有顯著損害。由于還 沿焊縫縱向發(fā)生的熱傳導(dǎo)以及部分發(fā)生的輻射，由連接梁遮蓋的陰影區(qū)域 也能得到足夠的能量，從而可對兩個接合部件進行無瑕疵的熔化和焊接。
通過4艮據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)，特別是與優(yōu)選設(shè)置的外部夾緊結(jié)構(gòu) 的組合，對于整條焊縫來說產(chǎn)生了明顯更為均勻的夾緊壓力分布，這使得 在焊縫上及焊縫周圍的應(yīng)力較小。由此改善了焊縫均勻性，因此在必要時 能利用較少的激光功率實現(xiàn)所期望的焊接效果。由此還可導(dǎo)致在工件加工 時縮減脈沖時間。
根據(jù)一種有利的改進方案，為夾緊三維部件，通過多個單個的內(nèi)部夾 具實施內(nèi)部夾緊，所述多個內(nèi)部夾具分別通過跨過射束路徑的連接梁安裝 在外置的、單個的夾緊頭上。優(yōu)選地，內(nèi)部夾具與連接梁分別為一夾緊桿 的一部分，可借助于例如活塞缸驅(qū)動裝置形式的夾緊驅(qū)動裝置對所述夾緊 桿進行加載。


本發(fā)明的優(yōu)選實施例、其它特征、細節(jié)和優(yōu)點在從屬權(quán)利要求中和下
面借助附圖對實施例的描述中給出。其示出了
圖l是具有夾緊裝置的激光焊接裝置的透視圖，
圖2是根據(jù)圖1所示的裝置的側(cè)視圖，
圖3是具有工件的內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)的夾緊裝置的俯視圖，
圖4和圖5是夾緊裝置沿圖3中的切割線IV-IV和V-V的剖視圖，
圖6是具有相結(jié)合的內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)和外部夾緊結(jié)構(gòu)的夾緊裝置的俯視
圖，
圖7和圖8是夾緊裝置沿圖6中的切割線VII-VII和VIII-VIII的剖視
圖，以及
圖9和圖IO是由單個夾具組成的內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)的另一實施例的側(cè)視圖 和俯—見圖。
具體實施例方式
如在圖1和圖2中示出的，激光焊接裝置具有一總體以1標(biāo)注的激光 焊接頭，所述激光焊接頭在其構(gòu)造方面與現(xiàn)有技術(shù)一致，因此無需詳述。 激光焊接頭1可設(shè)計成掃描器系統(tǒng)或者設(shè)計成可移動的廓形焊接頭 (Konturschwei(5kopf)。
經(jīng)由加工光學(xué)系統(tǒng)2，在圖2中以虛線示出的激光束3經(jīng)過所限定的 射束路徑10 (參見圖3和圖6)以用于加工保持在還將詳細闡述的夾緊裝 置5中的工件4。
借助圖3至圖5闡述了用于僅內(nèi)部夾緊工件4的夾緊裝置5的構(gòu)造。 所述工件4由兩個部件組成，即一立方體的、上部敞開的下部件6和一方文 置在其上的、與下部件6的外壁齊平地封閉的蓋7。所述蓋7由能透射激 光束3的波長的、熱塑性的塑料材料制成，而下部件6由能吸收激光束并 轉(zhuǎn)換成熱的材料制成。因此，激光束3可穿過蓋7，并在由蓋下邊緣8和 下部件6的向上的端緣9形成的接合區(qū)中，使得兩個部件6、 7以上述透射 焊接法熔合在一起。
為夾緊兩個部件6、 7,將下部件6保持在工件接納部18中。利用內(nèi) 部夾具ll內(nèi)部夾緊蓋7，所述內(nèi)部夾具設(shè)置在圖3和圖6中以虛線示出的 射束路徑10中。內(nèi)部夾具11通過分別在縱向側(cè)和橫向側(cè)13、 14中在上端 部處位于中心的連接梁15與在圖3至圖5中僅以夾緊環(huán)的形式示出的夾緊 頭16連接。連接梁15跨過夾緊頭中的穿通隙部17，該穿通隙部允許射束 路徑10從激光焊接頭1到達部件6、 7。
如特別是在圖3中示出的，所述連接梁15設(shè)計成板片形，其中平的主 平面基本上平行于激光束3的方向，即豎直地取向。此外，所述主平面垂 直于射束路徑IO,從而僅最小地遮住激光束3。對于特殊的應(yīng)用，也可示 出連接梁的傾斜的布置。
如由圖4和圖5中看出的，內(nèi)部夾具11的夾緊面12的形狀匹配于蓋 7的形狀，進而匹配于要施加在蓋下邊緣8和下部件6的端緣9之間的接合區(qū)中的焊縫的形狀。因此通過夾緊頭16輸入的夾緊壓力均勻分布地經(jīng)由 蓋7傳到由工件接納部18保持的下部件6上。
如由圖3至圖5還看出，內(nèi)部夾具11在窄的橫向側(cè)14上朝向穿通隙 部17的面和夾緊頭16的相應(yīng)的面20逆著射束方向傾斜，從而使穿通隙部 17與激光束3的射束方向相反地錐狀擴展。因此激光束3還可在較平的角 度時無阻礙地到達接合區(qū)一一如所述激光束在窄側(cè)的區(qū)域中施加焊縫時的 情況那樣。
在才艮據(jù)圖3的俯視圖中示出了跨過窄側(cè)的兩個連接梁15的平的側(cè)中的 凹部22,所述凹部用于使連接梁15的形狀匹配于激光束3的焦散點/焦散 線/焦散面(Strahlkaustik)。
如由才艮據(jù)圖4和圖5的兩個剖^L圖中所看出的，分別在一條直線上延 伸的、彼此背離的連接梁15設(shè)置在一共同的、條帶形的金屬片23、 23' 上，所述金屬片延伸越過整個內(nèi)部夾具ll并在中央、在切口24中相交。 兩個金屬片23、 23'在其外端部上分別錨固在環(huán)形的夾緊頭16中。此外 在穿通隙部17中，金屬片23、 23'還在其下邊緣上分別具有凹部25,從 而在激光束3傾斜于金屬片23、 23'的平面延伸時，再次使陰影的尺寸減 小。兩個金屬片23、 23'借助于蓋26保持在內(nèi)部夾具11上部。
在圖6至圖8中所示的夾緊裝置的實施例中，內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)相對于根 據(jù)圖3至圖5所示的實施例幾乎不變。相應(yīng)的部件具有相同的附圖標(biāo)記并 不再贅述。
不同于圖3至圖5 (中的實施例)，在才艮據(jù)圖6至圖8所示的實施例 中，額外設(shè)置有外部夾緊結(jié)構(gòu)以與內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，所述外部夾緊結(jié) 構(gòu)通過安裝在夾緊頭16下側(cè)上的夾緊架27來實現(xiàn)。所述夾緊架從外部抓 住工件4，并從上方利用在內(nèi)側(cè)在夾緊孔中環(huán)繞的固定翼板28對蓋7的邊 緣進行加載。與所述的內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)一起，在射束路徑10的兩側(cè)夾緊在 蓋下邊緣8和下部件6的端緣9之間的接合區(qū)。
在圖9和圖10中示出一內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)，其中使用多個內(nèi)部夾具11' 以用于將蓋7夾緊在下部件6上。所述多個內(nèi)部夾具又通過窄的、板片形式的連接梁15'與夾緊裝置的處于外部的夾緊頭W連接。利用在俯視圖 (圖IO)中由夾緊桿29的側(cè)向凹部22形成的連接梁15',跨過激光束3 的射束路徑IO。此外連接梁15'通過其上部和下部的凹部25匹配于射束 焦散點。
夾緊桿29本身在旋轉(zhuǎn)軸線31中可擺動地支承在設(shè)置在未詳細示出的 工件接納部外部的支承件30上。在其背離內(nèi)部夾具ll'的、向上彎折的 桿臂32上分別鉸接有活塞缸驅(qū)動裝置34的活塞桿33。利用活塞缸驅(qū)動裝 置34可如此為每一個單個內(nèi)部夾具ll'加載，使得所述單個內(nèi)部夾具從 上方在要產(chǎn)生的焊縫內(nèi)部沿著激光焊接裝置的射束路徑10將要夾緊的部 件、即蓋7壓抵在下部件6上。通過縮回活塞桿33，可向上樞轉(zhuǎn)內(nèi)部夾具 11'，進而從激光焊接裝置中取出工件4。
盡管由于板片形式的連接梁15'如此少地遮住激光加工射束，使得不 必?fù)?dān)心損害要制造的焊縫，但對于特別高的質(zhì)量要求來說，這種正好位于 射束路徑中的內(nèi)部夾具11'可選擇性地分別利用活塞缸驅(qū)動裝置34向上樞轉(zhuǎn)。
最后關(guān)于所有前述實施例通常還要注意，夾緊壓力還可通過從下方加 載工件接納部并由此使待夾緊的部件反向運動以抵靠在一體的或多件式的 內(nèi)部夾具ll、 ir上來實現(xiàn)。因此，例如可省略#>據(jù)圖9和圖10所示的 實施例的活塞缸驅(qū)動裝置34。
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權(quán)利要求
1.一種夾緊裝置，用于在使用加工射束(3)的加工機中、特別是在激光焊接裝置(1)中夾緊至少兩個部件(6、7)，所述夾緊裝置包括-用于支承第一部件(6)的接納部(18)，和-至少一個夾緊頭(16)，在所述夾緊頭上分別設(shè)置有用于對第二部件(7)進行加載的夾具，以將夾緊壓力引入所述兩個部件(6、7)之間的接合面(8、9)中，其特征在于，-各個所述夾具設(shè)計成設(shè)置在所述加工機的加工射束(3)的環(huán)繞的射束路徑(10)內(nèi)的內(nèi)部夾具(11、11′)，所述內(nèi)部夾具具有一用于內(nèi)部夾緊所述部件(6、7)的夾緊面(12)，-用于所述加工射束(3)的穿通隙部(17)將各個內(nèi)部夾具(11、11′)與位于外部的夾緊頭(16)分隔開，以及-設(shè)置有至少一個用于將所述內(nèi)部夾具(11、11′)連接到位于外部的夾緊頭(16、16′)上的窄的連接梁(15、15′)，所述至少一個連接梁(15、15′)跨過使得加工機的射束路徑(10)能夠到所述部件(6、7)的所述穿通隙部(17)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾緊裝置，其特征在于，所述連接梁(15、 15')設(shè)計成板片形，其中該連接梁的平的主平面基本上平行于加工機的 加工射束(3)的方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的夾緊裝置，其特征在于，所述內(nèi)部夾 具(11、 ir )的夾緊面(12)平行于所述接合面(8、 9)延伸。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，所述 穿通隙部(17)與加工機的加工射束(3)的方向相反地錐狀擴展。
5， 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，所述 連接梁(15、 15')的形狀匹配于加工射束(3)的焦散點。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，所述夾緊頭(16)配備有設(shè)置在加工機的環(huán)繞的射束路徑(10)外部的外部夾 具(27 )，該外部夾具具有用于外部夾緊所述部件(6、 7 )的夾緊面(28 )。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，所述 內(nèi)部夾具和/或外部夾具(11、 ll' 、 27)構(gòu)造成多件式的。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，用于 固定所述內(nèi)部夾具(11)的所述連接梁(15)形成在兩個交叉的、嵌入內(nèi) 部夾具(11)中的金屬片條帶(23、 23')上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所迷的夾緊裝置，其特征在于，分別通過所述連 接梁(15')將多個單個的內(nèi)部夾具(ll')安裝在位于外部的單個夾緊 頭(16')上，用以特別是夾緊三維部件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的夾緊裝置，其特征在于，所述夾緊頭(16') 分別具有保持所述連接梁(15')的夾緊桿(29)，能夠借助于夾緊驅(qū)動 裝置、優(yōu)選借助于活塞缸驅(qū)動裝置(34)對所述夾緊桿進行加載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在激光加工機中，特別是在激光焊接裝置(1)中夾緊至少兩個部件(6、7)的夾緊裝置，所述夾緊裝置包括用于支承第一部件(6)的接納部(18)，夾緊頭(16)，所述夾緊頭用于對第二部件(7)進行加載，以將夾緊壓力引入兩個部件(6、7)之間的接合面(8、9)中，設(shè)置在加工機的環(huán)繞的射束路徑(10)內(nèi)的內(nèi)部夾具(11)，所述內(nèi)部夾具具有一用于內(nèi)部夾緊所述部件(6、7)的夾緊面(12)，和窄的連接梁(15)，所述連接梁用于將所述內(nèi)部夾具(11)連接到位于外部的夾緊頭(16)上，所述連接梁(15)跨過所述夾緊頭(16)中的穿通隙部(17)，該穿通隙部允許加工機的射束路徑(10)到達所述部件(6、7)。
文檔編號B23K26/10GK101657291SQ200880012138
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者A·克勞澤, F·布呂布克爾, H·阿爾德博特 申請人:Lpkf激光電子股份公司