DE102004014510A1

DE102004014510A1 - Schutzgaszuführung einer Laserbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102004014510A1
Application number: DE102004014510A
Authority: DE
Inventors: Peter Heck; Jörg Müller
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: DE102004014510B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzgaszuführung (2) einer Laserbearbeitungsmaschine. Es ist eine bei Kollision der Schutzgaszuführung (2) während der Laserbearbeitung lösbare Halterung der Schutzgaszuführung (2) an einem Teil (3) eines Laserbearbeitungskopfs vorgesehen. Eine fehlerhafte Bearbeitung als Folge der Kollision der Schutzgaszuführung (2) mit Teilen der Spannvorrichtung oder des Werkstücks kann dadurch verhindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzgaszuführung einer Laserbearbeitungsmaschine.

Zum Schutz der Bearbeitungsstelle beim CO₂-Laserschweißen wird der Bearbeitungsstelle ein Schutzgas zugeführt. Die Schutzgaszuführung ist bei der Laserbearbeitung Kollisionen mit der Spannvorrichtung für das Werkstück oder auch einem komplexen Werkstück ausgesetzt. Die Kollision einer bekannten, an den Laserbearbeitungskopf starr angebundenen Schutzgaszuführung mit Teilen der Spannvorrichtung führt zur Verstellung der Laseroptik. Daraus ergeben sich nachteiligerweise versetzte Schweißnähte.

Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, eine fehlerhafte Bearbeitung als Folge der Kollision der Schutzgaszuführung mit Teilen der Spannvorrichtung oder des Werkstücks zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch eine Schutzgaszuführung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentansprüche 2 bis 8 betreffen sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung.

Durch die lösbare Halterung der Schutzgaszuführung an dem Laserbearbeitungskopf wird erreicht, dass keine Beschädigung der Schutzgaszuführung, der Laserbearbeitungsdüse, der Spannvorrichtung oder des Werkstücks bei einer Kollision der Schutzgaszuführung eintritt. Die Schutzgaszuführung kann einfach wegklappen.

Eine leicht durchführbare technische Umsetzung der lösbaren Halterung kann darin bestehen, eine magnetische Halterung vorzusehen. Mehrere beispielsweise vier vorzugsweise runde Magnete (Dauermagnete) sorgen für eine präzise und schnelle Anbringung der Schutzgaszuführung an der Laserbearbeitungsdüse. Vorzugsweise drei Kugeln der Halterung und entsprechende Aufnahmen für die Kugeln an einer Gegenfläche gewährleisten eine exakte und schnelle Positionierung.

Die Halterung der Schutzgaszuführung soll vorzugsweise mithilfe zweier gegeneinander anliegender Platten erfolgen. Die erste Platte kann einen durch die zweite Platte verschließbaren, mit Druckluft befüllbaren Kanal oder Hohlraum aufweisen, wobei ein Sensor zur Überwachung des Luftdrucks und eine mit dem Sensor verbundene Steuereinrichtung zur Abschaltung der Laserbearbeitungsmaschine bei einem bestimmten Druckabfall vorgesehen sind. Dies führt zu einem automatischen Abschalten der Laserbearbeitung ohne eine Produktion fehlerhafter Schweißnähte.

Vorteilhaft ist die rohrförmige Gestaltung der Schutzgaszuführung. Durch Nutzung der langen schlanken Form werden zwei Vorteile erzielt: 1. eine verbesserte Zugänglichkeit und 2. ein langer Hebel und somit eine hohe, in gewissem Rahmen auch einstellbare Empfindlichkeit des Kollisionsschutzes.

Der Aufbau der Schutzgaszuführung aus mehreren flachen Blechteilen ist einerseits eine sinnvolle Weiterbildung dieser Erfindung und wird andererseits aber auch als eigene Erfindung angesehen. Aus dem Aufbau ergibt sich eine flache, schlanke Gaszuführung, welche eine geringe Bautiefe zu Vermeidung einer Kollision aufweist.

Laserbearbeitungskopf und Schutzgaszuführung können am besten gemeinsam in entsprechenden Bearbeitungsräumen positioniert werden, wenn die Schutzgaszuführung seitlich am Laserbearbeitungskopf bzw. seitlich an der Laserbearbeitungsdüse angeordnet ist.

Die Positionierung der Schutzgaszuführung wird unterstützt durch Verstellmöglichkeiten der Schutzgaszuführung an der Laserbearbeitungsdüse in x-, y- und z-Richtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zur Figur der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt im Einzelnen:
1 eine Ansicht der Vorderseite einer Laserbearbeitungsdüse mit einer Schutzgaszuführung;
2 eine Ansicht der linken Seite der Laserbearbeitungsdüse gemäß 1;
3a, 3b, 4 vergrößerte isometrische Ansichten der Halterung der Schutzgaszuführung gemäß 1;
5 eine Ausschnittsvergrößerung der Seitenansicht gemäß 2;
6 den Aufbau der Schutzgaszuführung gemäß 1.
Aus der 1 ist ersichtlich, dass ein Laserbearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsmaschine zum Laserschweißen eine Laserbearbeitungsdüse für einen fokussierten Laserstrahl 1 und eine Schutzgaszuführung 2 umfasst. Die Laserbearbeitung kann beispielsweise mithilfe eines CO₂-Lasers erfolgen.
Unter einem Schutzgas ist ein inertes Gas (zum Beispiel Argon) zu verstehen, welches eine Bearbeitungsstelle zur Vermeidung einer Oxidation vor der sauerstoffhaltigen Atmosphäre abschirmt.
Der nähere Aufbau der Laserbearbeitungsdüse zur Ausrichtung des Laserstrahls 1 auf die Bearbeitungsstelle ist an sich bekannt und wird daher hier nicht näher beschrieben. Die Laserbearbeitungsdüse weist im Wesentlichen als Bestandteile eine Hülse 3, einen Klemmkörper 4 und ein Düsenrohr 5 auf, aus dem der Laserstrahl 1 austritt.
Gegenstand der Erfindung ist unabhängig von der Art des eingesetzten Lasers die Halterung der Schutzgaszuführung 2. Um die zylindrische Hülse 3 ist ein geteilter Klemmring 6 befestigt. Auf dem einen Teil 6a des Klemmrings 6 wird eine erste Platte 7 befestigt. Zur Befestigung und Postionierung an dem Teil 6a sind Langlöcher 8 ausgebildet, welche eine Verschiebung der Platte 7 in Richtung des Doppelpfeils 9 (x-Richtung) zulassen. Die erste Platte 7 ist durch Stifte 10 in den Langlöchern 8 geführt. Die erste Platte 7 (siehe auch 3a und 3b) dient als Anlagefläche für eine zweite Platte 11. Die Halterung der zweiten Platte 11 an der ersten Platte 7 ist durch Magnete verwirklicht. An dieser magnetisch gehaltenen zweiten Platte 11 ist ein axial verschiebbarer Halter 12 angeschraubt (siehe auch 4), der die Schutzgaszuführung 2 aufnimmt (in y-Richtung gemäß Doppelpfeil 13 einstellbar).
Beispielsweise beim Laserschweißen mit einem CO₂-Laser muss häufig mit dem Laserbearbeitungskopf in enge Vorrichtungen wie Spanneinrichtungen oder Zentrierhilfen der zu bearbeitenden Werkstücke oder in Teile der Werkstücke selbst eingefahren oder zwischen Vorrichtungen oder den Werkstücken hindurch gefahren werden. Kollisionen der Schutzgaszuführung 2 sind meist nicht gänzlich auszuschließen (Teileposition, Vorrichtungsposition). Wenn nun eine Kollision der Schutzgaszuführung 2 in Pfeilrichtung 14 gemäß 2 gegen einen Teil der Vorrichtung oder des Werkstücks eintritt, kann die Halterung der zweiten Platte 11 gelöst werden. Die zweite Platte 11 wird ausgelenkt und von der ersten Platte in Pfeilrichtung 15 abgehoben. Zur Überwachung der Auslenkung wird in einen Kanal oder Hohlraum der ersten Platte 11 über einen Einlass 16 Druckluft eingeblasen. Der Auslass des Hohlraums ist durch die anliegende zweite Platte abgedeckt. Der Druck wird mithilfe eines Druckluftsensors gemessen.
Bei einer beliebigen Auslenkung (linear oder rotatorisch) der zweiten Platte wird der Auslass (siehe auch 3a) geöffnet, so dass der bisher anstehende Luftdruck unter einen Schwellenwert abfällt. Es wird ein den unterschrittenen Druck betreffendes Signal an einen Druckschalter übertragen. Die Bewegung des Laserbearbeitungskopfes oder der Laserbearbeitung (Laserschweißen) wird sofort beendet
3a und 3b (Ansichten um 180° jeweils gespiegelt) zeigen die Verbindung der beiden Platten 7 und 11. Die erste Platte 7 nimmt in Bohrungen 17 Rundmagnete auf. Die in die Bohrungen 17 eingesetzten Dauermagnete können die zweite Platte 11 dauerhaft lösbar halten. Zur Positionierung können drei in der zweiten Platte 11 angeordnete Kugeln 18 in Aufnahmen 18' der ersten Platte 7 eingesetzt werden. Die Kugeln 18 sind in die zweite Platte 11 fest eingepresst und in den Aufnahmen 18' ohne zusätzliche Fixierung lediglich ortsfest gelagert. Mithife der drei Kugeln 18 und der Rundmagnete wird die magnetische Halterung und die genaue Positionierung der Schutzgaszuführung gewährleistet. Pfeile 19 und 20 symbolisieren die Zusammenbaurichtung bzw. die Anlage der Platten 7 und 11 aneinander. Bei einer Auslenkung werden die Kugeln 18 aus ihren Aufnahmen bewegt. Die zweite Platte 11 wird dabei durch die Magnetkraft immernoch gehalten. Der Auslass 21 ist dann aber nicht mehr abgedeckt. Die Luft oder das Gas kann aus dem Hohlram 21' ausströmen. Es wird ein Druckabfall detektiert.
4 zeigt die Verbindung des T-förmigen Halters 12 mit der zweiten Platte 11. Der Halter 12 weist Langlöcher 22 auf, so dass der Halter 12 in z-Richtung positioniert werden kann. An einer Seitenfläche 23 des Halters 12 kann die Gaszuführung 2 angeschraubt werden.
In der 5 ist zu erkennen, dass die Gaszuführung 2 aus mehreren übereinander liegenden Blechteilen gefertigt ist. In 6 ist dargestellt, dass fünf Blechteile 24a bis 24e übereinander angeordnet werden, um die Gaszuführung 2 auszubilden. Das Blechteil 24a bildet einen Boden, das Blechteil 24e einen Deckel. Die weiteren Blechteile 24b bis 24d weisen eine Umrandung auf, welche einen Gaszuführungskanal 25 und eine Gasaustrittsöffnung 26 begrenzen. Die Blechteile 24a bis 24e weisen zum einen Löcher 27 zur Fixierung durch Stifte aneinander und zum anderen Langlöcher 28 zur Fixierung an dem Halter 12 auf. Die Seiten oder Fugen der übereinander liegenden Blechteile 24a bis 24e können zusätzlich verlötet sein. Das über eine Gaseintrittsöffnung 29 in den Kanal 25 gelangende Gas kann über die Gasaustrittsöffnung 26 zur Bearbeitungsstelle ausströmen.

1: Laserstrahl
2: Schutzgaszuführung
3: Hülse
4: Klemmring
5: Düsenrohr
6: Klemmring
6a: Klemmringhälfte
6b: Klemmringhälfte
7: Erste Platte
8: Langloch
9: Doppelpfeil
10: Stift
11: Zweite Platte
12: Halter
13: Doppelpfeil
14: Pfeilrichtung
15: Pfeilrichtung
16: Einlass
17: Bohrung
18: Kugel
18': Aufnahme
19: Pfeil
20: Pfeil
21: Auslass
21': Kanal
22: Langloch
23: Seitenfläche
24a: Blechteil
24b: Blechteil
24c: Blechteil
24d: Blechteil
24e: Blechteil
25: Gaszuführungskanal
26: Gasausrittsöffnung
27: Loch
28: Langloch
29: Gaseintrittsöffnung

Claims

Schutzgaszuführung (2) einer Laserbearbeitungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei Kollision der Schutzgaszuführung (2) während der Laserbearbeitung lösbare Halterung der Schutzgaszuführung (2) an einem Teil (3) eines Laserbearbeitungskopfs vorgesehen ist.
Schutzgaszuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (2) mithilfe einer magnetischen Halterung an dem Teil (3) des Laserbearbeitungskopfs angebracht ist.
Schutzgaszuführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (2) mithilfe einer ersten (7) und einer zweiten Platte (11) gehalten ist, wobei die erste Platte (7) mehrere in diese Platte (7) eingesetzte Magnete aufweist.
Schutzgaszuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (7) einen durch die zweite Platte (11) verschließbaren, mit Druckluft befüllbaren Kanal oder Hohlraum aufweist, wobei ein Sensor zur Überwachung des Luftdrucks und eine mit dem Sensor verbundene Steuereinrichtung zur Abschaltung der Laserbearbeitungsmaschine bei einem bestimmten Druckabfall vorgesehen ist.
Schutzgaszuführung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (2) rohrförmig ausgebildet ist.
Schutzgaszuführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (2) aus mehreren übereinander angeordneten Teilen (24a bis 24e) aufgebaut ist.
Schutzgaszuführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (2) seitlich am Laserbearbeitungskopf im Wesentlichen parallel zum Laserstrahl angeordnet ist.
Schutzgaszuführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (8, 22, 28) zur Positionierung der Schutzgaszuführung (2) in x, y- und z-Richtung vorgesehen sind.