DE102006047278A1 - Vorrichtung zum Laserschweissen - Google Patents

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Laserschweißen von Werkstücken ist zwischen dem hier benutzten Schweißkopf und dem zu bearbeitenden Werkstück eine den Schweißkopf z. B. vor Schweißspritzer und dgl. schützende Schutzeinrichtung vorgesehen, die ein- und ausschwenkbar angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zum Laserschweissen von Werkstücken, mit einer Laserquelle und zwischen dieser und einem Schweisskopf angeordnetes optisches System zur Strahlablenkung zum Schweisskopf.
  • Beim Laserschweissen, sei es als Punktschweissen oder als kontinuierliches Schweissen wird bekanntlich ein manipulierbarer Schweisskopf verwendet, der von einem Laserstrahl gespeist wird, der meistens von einer ortsfesten Laserquelle erzeugt und von dieser mittels einem Ablenksystem aus veränderbaren Spiegeln dem Schweisskopf fokussiert zugeführt wird.
  • Auch ist es bekannt, mehr als einen Laserstrahl zu verwenden und deren Brennflecken besonders zu formen, um beim Schweissen grössere Spalte überbrücken zu können. Eine derartige Mehrstrahltechnik mit starrem Schweisskopf erfordert dann, um ein gleich bleibendes Schweissergebnis zu erhalten, eine Ausrichtung der Brennpunkte zum Vektor der Schweissrichtung.
  • Obgleich bei der Laserbearbeitung von Werkstücken nahezu verzugsfrei und mit relativ geringer Wärmebildung und beim Schweissen praktisch ohne einen Einbrand gearbeitet werden kann, bleibt es insbesondere im Dauerbetrieb nicht aus, dass ein unerwünschte Erwärmung des Schweisskopfes erfolgen sowie dieser durch einzelne oder ständige Schweissspritzer beschädigt werden kann.
  • Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung insbesondere zum Laserschweissen zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile einer unerwünschten Erwärmung oder Beschädigung des Schweisskopfes im Dauerbetrieb nicht auftreten können.
  • Diese Aufgabe wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass zwischen dem Schweisskopf und dem zu bearbeitenden Werkstück eine den Schweisskopf schützende Schutzeinrichtung vorgesehen ist, welche bevorzugt als eine Art Schutzschild in der Form einer Sperre gegen Schweissspritzer, Funkenflug, erhöhte Temperatur und dgl. ausgebildet ist.
  • Hierbei ist die Schutzeinrichtung zweckmässigerweise so ausgebildet, dass sie in den Bearbeitungsbereich des Werkstückes ein- und ausgeschwenkt sowie auch höhenverstellt werden kann.
  • Zur Befestigung der Schutzeinrichtung an der erfindungsgemässen Vorrichtung kann beispielsweise eine für den Schweissvorgang vorgesehenen Düse für ein Schutzgas dienen, wobei gleichzeitig dann die Düse derart angeordnet sein kann, dass der Schutzgasstrom unterhalb der Schutzeinrichtung in Laserstrahlrichtung auf den Bearbeitungsbereich des Werkstückes gerichtet ist, was wiederum durch einen schräg nach unten gerichteten Düsenauslass erfolgen kann.
  • Auch ist es zweckmässig, dass der Schutzgasstrom auf den durch das optische System zur Strahlablenkung erzeugten fokussierten Laserstrahl direkt gerichtet ist.
  • Ferner kann es zweckmässig sein, unterhalb der Schutzeinrichtung koaxial zum Laserstrahl ein ringhaken- oder ringförmige Schutzgasdüse anzuordnen, welche dann am besten jeweils mit ihrer Ringfläche parallel zur der Schutzeinrichtung verlaufen sollte.
  • Eine Befestigung der Schutzeinrichtung und/oder der jeweiligen Schutzgasdüse kann je nach Erfordernis unmittelbar am Schweisskopf und/oder an dem optischen System zur Strahlablenkung erfolgen, wobei hier zweckmässigerweise dafür Sorge getragen werden sollte, dass die Schutzgasdüsen generell in drei Achsen veränderbar ausgebildet sind.
  • Nicht zuletzt können auch Sensoren für eine Überwachung des Schweissprozesses im Bereich der Schutzeinrichtung und/oder der Schutzgasdüsen vorgesehen sein.
  • Schliesslich sei hervorgehoben, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung zwar vorzugsweise für das Laserschweissen gedacht ist, was aber nicht ausschliesst, das sie auch für ein Laserschneiden verwendet werden kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines Schweisskopfes mit eingeschwenkter Schutzvorrichtung und
  • 2 eine ringförmige Schutzgasdüse.
  • Gemäss 1 besitzt die im einzelnen nicht dargestellte Vorrichtung zum Laserschweissen von Werkstücken einen Schweisskopf 1 mit einem exemplarischen Laserstrahl 1', wobei zwischen dem Schweisskopf 1 und einem zu bearbeitenden Werkstück 2 eine Schutzeinrichtung 3 eingeschwenkt ist. Die Schwenkbewegung, d. h. ein Ein- und Ausschwenken der Schutzeinrichtung 3 soll durch den Doppelpfeil 4 ausgedrückt werden.
  • Die Schutzeinrichtung 3 ist als eine Art Schutzschild in der Form einer ebenen Sperre gegen Schweissspritzer, Funkenflug, erhöhter Temperatur und dgl. ausgebildet, wobei die Schutzeinrichtung 3 an einem Düsenhalter 5 befestigt ist, durch welchen Schutzgas über einen schräg nach unten gerichteten Düsenauslass 6 zum Brennpunkt des Laserstrahls 1', d. h. zum Bearbeitungsbereich des Werkstückes 2 strömen kann.
  • Der Düsenauslass 6 für das Schutzgas ist unterhalb der Schutzeinrichtung 3 angeordnet, wobei im Schweisskopf 1 selbst zusätzliches Schutzgas zugeführt werden kann, was durch die Pfeile 7 und 8 angedeutet ist.
  • Es ist auch möglich, unterhalb der Schutzeinrichtung 3, und zwar koaxial zum Laserstrahl 1 eine ringhakenförmige Schutzgasdüse 9 vorzusehen (s. 2), die eine gleichmässige Schutzgasverteilung im Bearbeitungsbereich des Werkstücks 2 gewährleistet, und zwar indem im inneren Kreisabschnitt eine Vielzahl von vorzugsweise gleichmässig verteilte Öffnungen 10 vorgesehen sind, durch die dann das Schutzgas den Laserstrahl 1' gleichmässig umspült, was durch die kleinen Pfeile 11 in 2 angedeutet ist. Die Schutzgaszufuhr ist durch den Pfeil 12 dargestellt, wobei mit dieser Seite die ringhakenförmige Schutzgasdüse 9 mit dem Düsenhalter 5 verbunden werden kann. Dabei ist es zweckmässig, die Schutzgasdüse 9 mit ihrer Ringfläche parallel zur Schutzeinrichtung anzuordnen.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schutzeinrichtung 3 mit dem Düsenauslass 6 für Schutzgas gemeinsam über einen Düsenhalter 5 am Schweisskopf 1 schwenkbar befestigt, wobei es auch möglich ist, als Befestigungspunkt das Gehäuse des optischen Systems zur Strahlenablenkung zu verwenden (im einzelnen nicht dargestellt).
  • Schliesslich sind an der Schutzeinrichtung 3 noch Sensoren 13 und 14 angebracht, mit denen der Schweissprozess im Bereich der Schutzeinrichtung 3 und der Schutzgasdüsen 6 bzw. 9 entsprechend überwacht werden kann.
  • Insgesamt ist mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Laserschweissen von Werkstücken ein Laserschweissgerät geschaffen worden, das sich aufgrund der vorgesehenen Schutzmassnahmen für den Dauerbetrieb gut eignet und mit dem gleichmässige Arbeitsergebnisse, sprich gleichmässige Schweissnähte ausgebildet werden können. Ferner ist es möglich, durch die Sensoren 13 und 14 über geeignete Verstellmechanismen die Abstände der Brennpunkte adaptiv einzustellen, z. B. durch die Messung von Werkstückeigenschaften, wie Spaltbreite usw. Bezugszeichenliste
    1 Schweisskopf
    1' Laserstrahl
    2 Werkstück
    3 Schutzeinrichtung
    4 Doppelpfeil
    5 Düsenhalter
    6 Düsenauslass
    7 Schutzgaspfeil
    8 Schutzgaspfeil
    9 Schutzgasdüse
    10 Öffnungen
    11 kleine Pfeile
    12 Zufluss-Pfeil
    13 Sensor
    14 Sensor

Claims (16)

  1. Vorrichtung, insbesondere zum Laserschweissen von Werkstücken, mit einer Laserquelle und zwischen dieser und einem Schweisskopf angeordnetes optisches Systems zur Strahlablenkung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schweisskopf (1) und dem Werkstücks (2) eine den Schweisskopf (1) schützende Schutzeinrichtung (3) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) als eine Art Schutzschild in der Form einer Sperre gegen Schweissspritzer, Funkenflug, erhöhter Temperatur und dgl. ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) für den Laserstrahl (1') durchlässig ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) in den Bearbeitungsbereich des Werkstückes (2) ein- und ausschwenkbar sowie gegebenenfalls höhenverstellbar ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) an mindestens einer Düse (Düsenhalter 5) für Schutzgas angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Schutzeinrichtung (3) mindestens ein Schutzgasstrom (6) in Laserstrahlrichtung auf den Bearbeitungsbereich des Werkstückes (2) gerichtet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgasstrom durch einen schräg nach unten gerichteten Düsenauslass (6) erfolgt.
  8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgasstrom (6) auf den durch das optische System zur Strahlablenkung erzeugten fokussierten Laserstrahl (1') gerichtet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise unterhalb der Schutzeinrichtung (3) koaxial zum Laserstrahl (1') eine ringhaken- oder ringförmige Schutzgasdüse (9) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ringhaken- oder ringförmige Schutzgasdüse (9) an ihrem inneren Kreisabschnitt eine Vielzahl von vorzugsweise gleichmässig verteilte Öffnungen (10) für den Austritt des Schutzgases aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ringhaken- oder ringförmige Schutzgasdüse (9) jeweils mit ihrer Ringfläche parallel zur Schutzeinrichtung (3) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) und/oder die jeweilige Schutzgasdüse (6) am Schweisskopf (1) befestigt sind.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) und/oder die jeweilige Schutzgasdüse (6) an dem optischen System zur Strahlablenkung befestigt sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasdüsen generell in drei Achsen veränderbar ausgebildet sind.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (13; 14) für die Überwachung des Schweissprozesses im Bereich der Schutzeinrichtung (3) und/oder der Schutzgasdüsen (6–8) vorgesehen sind.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese auch zum Laserschneiden einsetzbar ist.
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