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Die
Erfindung betrifft einen Strahlführungsbalg
für einen
Laserstrahl an einer Laserbearbeitungsmaschine, mit einer Balgwand,
die in Balglängsrichtung
aufeinander folgende Wandfalten mit inneren Faltenscheiteln und äußeren Faltenscheiteln aufweist
sowie mit Blenden, die im Balginnern mit ihrer Hauptebene in Balgquerrichtung
angeordnet sind, wobei der Strahlführungsbalg in Balglängsrichtung ausziehbar
und stauchbar ist und sich die inneren Faltenscheitel sowie die äußeren Faltenscheitel beim Ausziehen
und beim Stauchen des Strahlführungsbalges
in Balgquerrichtung verlagern. Die Erfindung betrifft des Weiteren
ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlführungsbalges für einen
Laserstrahl an einer Laserbearbeitungsmaschine, wobei zur Herstellung
einer Balgwand mit in Balglängsrichtung
auf einander folgenden Wandfalten einander in Balglängsrichtung
benachbarte rahmenartige Wandfaltenelemente abwechselnd an ihren
Außenrändern unter Ausbildung
eines sich beim Ausziehen und beim Stauchen des Strahlführungsbalges
in Balgquerrichtung verlagernden äußeren Faltenscheitels und an ihren
Innenrändern
unter Ausbildung eines sich beim Ausziehen und beim Stauchen des
Strahlführungsbalges
in Balgquerrichtung verlagernden inneren Faltenscheitels miteinander
verbunden werden und wobei Blenden zur Anordnung im Balginnern mit
einer in Balgquerrichtung ausgerichteten Hauptebene mit Wandfaltenelementen
verbunden werden.
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Strahlführungsbälge der
beschriebenen Art nehmen an Laserbearbeitungsmaschinen den als Bearbeitungswerkzeug
dienenden Laserstrahl auf. Sie erstrecken sich über zumindest einen Teil des von
dem Laserstrahl zwischen dem Lasergenerator und der Bearbeitungsstelle
an einem zu bearbeitenden Werkstück
zurückgelegten
Weges. Bei der Bearbeitung ergeben sich Relativbewegungen zwischen dem
in der Regel stationären
Lasergenerator und der Bearbeitungsstelle. Damit einher gehen Längenänderungen
des Strahlführungsbalges.
Der Strahlführungsbalg
wird ausgezogen oder gestaucht.
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Sowohl
beim Ausziehen als auch beim Stauchen des Strahlführungsbalges
führen
die Faltenschenkel der Wandfalten des Strahlführungsbalges relativ zueinander
Schwenkbewegungen um den von ihnen ausgebildeten Faltenscheitel
aus. Dies führt
zu einer Verlagerung der Faltenscheitel in Balgquerrichtung. Beim
Ausziehen des Strahlführungsbalges
bewegen sich die äußeren Faltenscheitel
zu einer Achse des Strahlführungsbalges
hin, die inneren Faltenscheitel von der Achse des Strahlführungsbalges weg.
Beim Stauchen des Strahlführungsbalges
entfernen sich die äußeren Faltenscheitel
von der Balgachse, während
sich die inneren Faltenscheitel der Balgachse annähern.
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Die
Längenänderung
des Strahlführungsbalges
soll sich ohne Beeinträchtigung
durch Blenden vollziehen, die im Balginnern an der Balgwand angebracht
sind und welche beispielsweise die Balgwand gegen Laser-Streustrahlung
von der Bearbeitungsstelle abschirmen.
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Gattungsgemäße Strahlführungsbälge sowie gattungsgemäße Herstellungsverfahren
sind bekannt aus
DE
299 06 139 U1 sowie aus
DE 100 05 107 C2 . Diese Druckschriften beschreiben
Strahlenschutzbälge,
in deren Innern Blenden an ihrem äußeren Rand über eine starre Verbindung
im Bereich der Spitzen von Balg-Außenfalten an den jeweiligen Strahlenschutzbalg
angebunden sind. Längenänderungen
der vorbekannten Strahlenschutzbälge
werden durch die Blenden erheblich erschwert.
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Im
Falle des gattungsgemäßen Standes
der Technik, wie ihn
DE
101 37 803 A1 offenbart, sind Metallblenden entlang dem "neutralen" Durchmesser des
Strahlführungsbalges
an Wandfaltenelementen befestigt. Diese Wandfaltenelemente besitzen
eine ringartige Form und sind zur Ausbildung von aufeinander folgenden
Wandfalten an ihrem Außenrand
sowie an ihrem Innenrand jeweils mit einem weiteren Wandfaltenelement
verbunden. Auf dem "neutralen" Durchmesser des
Strahlführungsbalges
liegen diejenigen Punkte der Wandfaltenelemente, die beim Ausziehen
und beim Stauchen des Strahlführungsbalges ihre
Lage gegenüber
der Balgachse in Balgquerrichtung nicht verändern.
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Bei
der Herstellung der vorbekannten Strahlführungsbälge sind einzelne Wandfaltenelemente
an ihrem Außenrand
sowie an ihrem Innenrand mit jeweils einem weiteren Wandfaltenelement
zu verbinden. In einem separaten Arbeitsgang wird zwischen dem Außenrand
und dem Innenrand der betreffenden Wandfaltenelemente eine Blende
befestigt.
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Den
Stand der Technik gemäß
DE 101 37 803 A1 fertigungstechnisch
zu vereinfachen, hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gesetzt.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe durch den Strahlführungsbalg
gemäß Patentanspruch
1 sowie durch das Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 7.
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Im
Falle der Erfindung wird demnach wenigstens eine Blende an dem äußeren Faltenscheitel oder
an dem inneren Faltenscheitel einer Wandfalte mit der Balgwand des
Strahlführungsbalges
verbunden. Die Verbindung zwischen der Blende und der Balgwand wird
somit an einer bei der Fertigung des Strahlführungsbalges gut zugänglichen
Stelle hergestellt. Nachdem im Bereich eines äußeren bzw. eines inneren Faltenscheitels
auch der Außen-
und der Innenrand einander benachbarter Wandfaltenelemente zur Bildung
einer Wandfalte miteinander verbunden werden, lassen sich die Herstellung
der Balgwand und die Befestigung von Blenden an der Balgwand zeitlich
parallelisieren. Zwar wird für
die Verbindung zwischen Blenden und Balgwand mit dem Bereich des
jeweiligen Faltenscheitels eine Verbindungsstelle gewählt, die
beim Ausziehen und beim Stauchen des Strahlführungsbalges ihre Lage in Balgquerrichtung
verändert;
aufgrund der in Balgquerrichtung bestehenden Nachgiebigkeit der
Verbindung ist diese Verlagerung und mithin ein Ausziehen und ein
Stauchen des Strahlführungsbalges
aber dennoch ohne nennenswerte Behinderung möglich.
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Besondere
Ausführungsarten
des Strahlführungsbalges
nach Patentanspruch 1 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
6. Besondere Ausführungsarten
des Verfahrens gemäß Patentanspruch
7 sind den abhängigen
Patentansprüchen
8 bis 10 zu entnehmen.
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Grundsätzlich kann
die Nachgiebigkeit der Verbindung zwischen einer Blende und der
Balgwand allein durch ein nachgiebiges Verhalten wenigstens eines
der Verbindungspartner, d.h. durch ein nachgiebiges Verhalten der
betreffenden Blende und/oder der Balgwand, erreicht werden. Erfindungsgemäß bevorzugt
wird die Verwendung wenigstens eines in Balgquerrichtung nachgiebigen
Verbindungselementes, das als separates Bauteil zwischen der betreffenden
Blende und der Balgwand anzuordnen ist (Patentansprüche 2, 8). Über derartige
Verbindungselemente lassen sich insbesondere starre Blenden, beispielsweise
Blenden aus Metall, an die Balgwand anbinden, ohne dass damit eine
Behinderung von Längenänderungen
des Strahlführungsbalges
verbunden wäre.
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Ein
in Balgquerrichtung nachgiebiges Verbindungselement kann sich über den
gesamten Umfang der betreffenden Blende erstrecken. In besonders
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist aber eine Mehrzahl
von in Balgquerrichtung nachgiebigen und in Umfangsrichtung der
Blende voneinander beabstandeten Verbindungselementen vorgesehen
(Patentanspruch 3). Auf diese Art und Weise lässt sich zwischen Blende und
Balgwand eine in Balgquerrichtung ausgesprochen weiche Verbindung herstellen,
welche dem Ausziehen und dem Stauchen des Strahlführungsbalges
einen allenfalls minimalen Widerstand entgegensetzt.
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Patentanspruch
4 betrifft einen erfindungsgemäßen Strahlführungsbalg,
im Falle dessen zwischen einer an der Balgwand anzubringenden Blende
und dem zu diesem Zweck vorgesehenen nachgiebigen Verbindungselement
eine fertigungstechnisch einfache und gleichwohl dauerhaft wirksame Verbindung
vorgesehen ist.
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Aus
entsprechenden Gründen
werden in Balgquerrichtung nachgiebige Verbindungselemente in weiterer
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung mit der Balgwand bzw. mit
einander benachbarten Wandfaltenelementen der Balgwand verklebt
oder verschweißt
(Patentansprüche
5, 9).
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Ausweislich
Patentanspruch 6 wird im Falle einer weiteren Bauart des erfindungsgemäßen Strahlführungsbalges
zur Anbindung einer Blende an die Balgwand wenigstens ein in Balgquerrichtung nachgiebiges
Verbindungselement verwendet, welches ausgehend von einem Montage-Zustand,
der einem Zwischenzustand des Strahlführungsbalges zwischen einem
maximal ausgezogenen und einem maximal gestauchten Zustand zugeordnet
ist, beim Ausziehen und beim Stauchen des Strahlführungsbalges
in Balgquerrichtung verformbar ist.
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Gemäß Patentanspruch
10 wird die Verbindung zwischen in Balgquerrichtung nachgiebigen Verbindungselementen
einerseits und einander benachbarten Wandfaltenelementen andererseits
bei einer gegenseitigen Anordnung der Wandfaltenelemente hergestellt,
die einem Zwischenzustand des Strahlführungsbalges zugeordnet ist.
Die in Balgquerrichtung nachgiebigen Verbindungselemente befinden
sich zum Zeitpunkt der Herstellung ihrer Verbindung mit der Balgwand
in einem Verformungszustand zwischen ihrem extremen Stauchungszustand bei
maximal gestauchtem Strahlführungsbalg
und ihrem extremen Längungszustand
bei maximal ausgezogenem Strahlführungsbalg.
Die Verbindungselemente befinden sich demnach in einem Verformungszustand,
bei welchem sie zur Anbindung an die einander benachbarten Wandfaltenelemente
verhältnismäßig einfach
handhabbar sind. Erfindungsgemäß denkbar
ist die Anbindung von Blenden an die Balgwand aber auch bei anderer
gegenseitiger Ausrichtung der miteinander zu verbindenden Wandfaltenelemente
und somit auch bei einem anderen Verfor mungszustand des oder der
in Balgquerrichtung nachgiebigen Verbindungselemente.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längenabschnitt
eines Strahlführungsbalges
für einen
Laserstrahl in drei verschiedenen Betriebszuständen,
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2 einen
Querschnitt des Strahlführungsbalges
gemäß 1 mit
einer durch die Linie II-II in 1 angedeuteten
Schnittebene und
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3 eine
Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung
des Strahlführungsbalges
gemäß den 1 und 2.
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Ein
Strahlführungsbalg 1,
wie er in 1 im Umfang einer Teillänge dargestellt
ist, wird üblicherweise
an Laserbearbeitungsmaschinen zur Aufnahme eines als Bearbeitungswerkzeug
genutzten Laserstrahles verwendet. Eine Balgwand 2 des
Strahlführungsbalges 1 besteht
aus einer Aneinanderreihung von als Dreiecksfalten ausgebildeten
Wandfalten 3. Die Wandfalten 3 wiederum sind aus
Wandfaltenelementen 4 zusammengesetzt.
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Die
Wandfaltenelemente 4 besitzen eine Kreisringform. Dementsprechend
weist der Strahlführungsbalg 1 einen
Kreisquerschnitt auf. Einer Balgachse des Strahlführungsbalges 1 ist
in den Abbildungen das Bezugszeichen 5 zugeordnet.
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Jedes
der Wandfaltenelemente 4 besitzt einen in radialer Richtung
der Balgachse 5 verlaufenden Außenrand 6 sowie einen
gleichgerichteten Innenrand 7. Zwischen dem Außenrand 6 und
dem Innenrand 7 verläuft
an den Wandfaltenelementen 4 eine Flanke 8. Die
Flanken 8 einander benachbarter Wandfaltenelemente 4 stoßen unter
Ausbildung äußerer Faltenscheitel 9 bzw.
innerer Faltenscheitel 10 aneinander.
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Innerhalb
der Balgwand 2 sind starre Blenden 11, im gezeigten
Beispielsfall Ringblenden aus Aluminium, angeordnet. Mit einer in 1 angedeuteten
Hauptebene 12 sind die Blenden 11 in Balgquerrichtung,
d.h. quer zu der Balgachse 5 ausgerichtet. Eine Blendenöffnung 13 erlaubt
insbesondere den Durchtritt des idealerweise in der Balgachse 5 verlaufenden
Laserstrahls.
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An
einem Außenrand 14 der
Blenden 11 sind insgesamt vier Verbindungselemente 15 angebracht. Zu
diesem Zweck ist der Außenrand 14 der
Blenden 11 mit Material der Verbindungselemente 15 umspritzt.
Ausweislich 2 sind die vier Verbindungselemente 15 an
einer jeden Blende 11 mit einem einheitlichen gegenseitigen
Abstand über
den Blendenumfang verteilt. An dem von den Blenden 11 abliegenden
Ende werden die Verbindungselemente 15 zwischen den Außenrändern 6 einander
benachbarter Wandfaltenelemente 4 aufgenommen. Abweichend
von dem gezeigten Beispielsfall können Verbindungselemente zur
Fixierung entsprechend dimensionierter Blenden auch zwischen Innenränder 7 einander
benachbarter Wandfaltenelemente 4 eingreifen.
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Die
Verbindungselemente 15 bestehen aus Polyurethan und zeigen
in Balgquerrichtung ein nachgiebiges Verhalten. Dementsprechend
wird mittels der Verbindungselemente 15 eine in Balgquerrichtung
nachgiebige Verbindung zwischen den Blenden 11 und der
Balgwand 2 hergestellt.
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Die
Nachgiebigkeit der Verbindung zwischen den starren Blenden 11 und
der Balgwand 2 ist für
die Funktionsfähigkeit
des Strahlführungsbalges 1 von großer Bedeutung.
Bei Bearbeitungen, die mittels des in dem Strahlführungsbalg 1 verlaufenden
Laserstrahls durchgeführt
werden, ändert
die Bearbeitungsstelle an dem betreffenden Werkstück fortlaufend
ihre Position gegenüber
dem Lasergenerator. Damit verbunden sind häufige Änderungen der Länge des
zwischen dem Lasergenerator und der Bearbeitungsstelle angeordneten
Strahlführungsbalges 1. Ausgehend
von einem Zwischenzustand des Strahlführungsbalges 1 (Teildarstellung
A von 1), welcher einer Nullstellung des den Laserstrahl
auf das zu bearbeitende Werkstück
richtenden Laserbearbeitungskopfes zugeordnet ist, wird der Strahlführungsbalg 1 ausgezogen
oder gestaucht. In seinem maximal ausgezogenen Zustand ist der Strahlführungsbalg 1 in
der Teildarstellung B von 1, in seinem maximal
gestauchten Zustand in der Teildarstellung C von 1 gezeigt.
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Bei
Längenänderung
des Strahlführungsbalges 1 verlagern
sich die äußeren Faltenscheitel 9 sowie
die inneren Faltenscheitel 10 der Wandfalten 3 der
Balgwand 2 in Balgquerrichtung. Gemäß Teildarstellung B von 1 bewegen
sich beim Ausziehen des Strahlführungsbalges 1 die äußeren Faltenscheitel 9 zu
der Balgachse 5 hin, während
sich die inneren Faltenscheitel 10 von der Balgachse 5 entfernen. Wird
der Strahlführungsbalg 1 gestaucht,
so nähern sich
die inneren Faltenscheitel 10 der Balgachse 5, während sich
der Abstand zwischen den äußeren Faltenscheiteln 9 und
der Balgachse 5 vergrößert (Teildarstellung
C von 1).
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Mit
den äußeren Faltenscheiteln 9 verlagern sich
die Verbindungsstellen der Verbindungselemente 15 an der
Balgwand 2 in Balgquerrichtung. Infolgedessen werden die
Verbindungselemente 15 beim Ausziehen des Strahlführungsbalges 1 in
Balgquerrichtung gestaucht und beim Stauchen des Strahlführungsbalges 1 in
Balgquerrichtung gestreckt. Nachdem sich sämtliche an ein und derselben
Blende 11 angreifenden Verbindungselemente 15 bei
Längenänderungen
des Strahlführungsbalges 1 einheitlich verformen,
behalten die Blenden 11 im Innern der Balgwand 2 in
Balgquerrichtung ihre Position ungeachtet der Längenänderungen des Strahlführungsbalges 1 bei.
Da die Verbindungselemente 15 materialbedingt ein weiches
Verformungsverhalten zeigen, wird dem Ausziehen und Stauchen des
Strahlführungsbalges 1 durch
die damit verbundene Verformung der Verbindungselemente 15 ein
lediglich minimaler Widerstand entgegengesetzt.
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Wie
aus 3 hervorgeht, befinden sich bei der Herstellung
des Strahlführungsbalges 1 die
miteinander zu verbindenden Komponenten in einem dem Zwischenzustand
des Strahlführungsbalges 1 (Teildarstellung
A von 1) entsprechenden Zustand. Zeitgleich mit der
Verbindung zwischen den Außenrändern 6 einander
benachbarter Wandfaltenelemente 4 wird die Verbindung zwischen
den Wandfaltenelementen 4 und den von den Blenden 11 abliegenden
Enden der Verbindungselemente 15 hergestellt. Im gezeigten
Beispielsfall ist zu diesem Zweck eine Schweißverbindung vorgesehen. Alternativ
ist insbesondere eine Klebeverbindung denkbar. Eine Schweiß- oder
eine Klebeverbindung wird auch zwischen den Innenrändern 7 der
betreffenden Wandfaltenelemente 4 hergestellt. An dem fertiggestellten Strahlführungsbalg 1 liegen
die Verbindungen zwischen den Verbindungselementen 15 und
der Balgwand 2 an den äußeren Faltenscheiteln 9 der
Wandfalten 3.