-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen Schnellwechselwerkzeughalter zur Halterung eines optischen Bearbeitungs- oder Messkopfes, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfes.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Moderne Hochleistungslaser haben eine hohe Effizienz und Verfügbarkeit und ermöglichen einen hohen Automatisierungsgrad bei Materialbearbeitung. Insbesondere bei Schneidevorgängen sind sie mit CNC-gesteuerten Dreh-, Bohr- oder Fräsmaschinen vergleichbar. Allerdings bieten bisherige Laserbearbeitungsanlagen noch nicht die Flexibilität, die ein Bohr- oder Fräsmaschine mit einer Vielzahl von auswechselbaren Werkzeugen (sog. Wechselwerkzeugen) erreicht hat, obwohl verschiedene Versuche, den Laser als ein weiteres Wechselwerkzeug zu integrieren, unternommen wurden.
-
Ein Problem, das eine erfolgreiche Integration bislang verhindert hat, stellt die Komplexität eines solchen optischen Werkzeugs dar. Im Zusammenhang mit der Laserbearbeitungstechnik stellt der Laserbearbeitungskopf, der beispielsweise eine Endoptik enthalten kann, oder der Laserbearbeitungskopf einschließlich dessen Halter ein solches Wechselwerkzeug dar. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Werkzeugen bei Dreh- oder Fräsmaschinen werden insbesondere beim Laserschneiden im Laserbearbeitungskopf verschiedene Medien (z. B. Gase) und verschiedene Signale (z. B. Sensorsignale zur Erfassung und Steuerung des Abstandes zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück) benötigt. Diese Medien und Signale müssen dabei verlustfrei und zuverlässig vom Laser und seiner Steuerung in den Laserbearbeitungskopf gelangen.
-
Einen weiteren Aspekt der angesprochenen Komplexität stellt die erforderliche Präzision bei der Positionierung des Laserbearbeitungskopfes relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück dar. Ein Laserbearbeitungskopf ist eine teure Komponente, von der die Qualität der Bearbeitung maßgeblich abhängt. Durch die Nähe zu dem zu bearbeitenden Werkstück ist jedoch das Gefährdungspotential durch eine Kollision des Laserbearbeitungskopfes mit dem Werkstück insbesondere während der Auslegung und Einstellung der Bearbeitungsprozesse besonders hoch.
-
Werkzeughalter, die die Werkzeugmaschinenbranche in Dreh- oder Fräsmaschinen verwendet, sind üblicherweise dafür ausgelegt, große Momente und Kräfte zu übertragen. Diese Werkzeughalter verfügen häufig über eine konische oder zylindrische Fläche, die zur Zentrierung des Werkzeughalters und des damit verbundenen Werkzeugs und gleichzeitig zur Übertragung der erforderlichen Kräfte ausgelegt sind. Ferner sind Werkzeughalter bekannt, bei denen Kühlmittel, z. B. durch eine hohle Antriebswelle, zu dem Werkzeug übertragen wird.
-
Bezüglich der Arretierung des Werkzeugs im Werkzeughalter und der Arretierung des Werkzeughalters an den Bearbeitungsarmen der Werkzeugmaschine sind verschiedene Ausgestaltungen bekannt, die beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch arbeiten und sicherstellen, dass der Werkzeughalter mit dem Werkzeug auch bei hohen Querbeschleunigungskräften fixiert ist. Ein Ablösemechanismus, der meist über eine Steuerung gewollt aktiviert werden kann, sorgt dann dafür, dass die Arretierung zwischen Werkzeughalter und Werkzeugmaschinenarm gelöst wird, wenn sich dieses beispielsweise in einer Parkposition in einem Werkzeugmagazin befindet.
-
Diese automatisch wechselbaren Werkzeughalter der genannten Art sind konstruktionsbedingt nicht in der Lage, mehrere Medien und Signale zu dem Werkzeug zu übertragen und dabei gleichzeitig einen Kollisionsschutz des empfindlichen Werkzeugs zu gewährleisten. Zudem wird bei einem optischen Bearbeitungskopf beispielsweise Laserlicht entlang der Mittelachse in den Bearbeitungskopf geführt, wodurch ein Werkzeughalter eine entsprechende Durchgangsöffnung aufweisen muss.
-
Eine Möglichkeit, einen Laserbearbeitungskopf gegen seitliche Kollisionen zu schützen, ist aus der
DE 197 01 516 C1 bekannt. Dort ist ein Laserbearbeitungskopf beschrieben, der über Magnete an einem ringförmigen Trägerteil haltert. Bei einer seitlichen Kollision wird der Laserbearbeitungskopf mitsamt den Magneten von dem ringförmigen Trägerteil abgeschert, wobei die maximale Haltekraft der Magnete durch unterschiedliche Abstände zum Trägerteil einstellbar ist. Allerdings bietet der magnetische Kollisionsschutz keinen Schutz gegen axiale Kollisionen, und der Laserbearbeitungskopf muss nach einer Kollision manuell wieder an dem Trägerteil positioniert werden.
-
Ähnliche Überlegungen gelten auch für Anlagen, bei denen der auswechselbare optische Kopf nicht ein Bearbeitungskopf, sondern ein Messkopf ist.
-
Aus der
DE 10 2005 043 454 B3 ist eine Wechseleinrichtung für Sensoren bekannt, die ein über einen Seilzug vorgespannte magnetische Verbindung aufweist, die bei einer Kollision gelöst wird und anschliessend durch den Seilzug wieder in Position gezogen werden kann.
-
Die
DE 101 32 117 C1 offenbart einen Kollisionsschutz, mit einer axialen Gleitfläche und einer Kombination aus mehreren Federelementen, um verschiedene Widerstandskräfte oder Momente für einzelne Kollisionsfälle zu erreichen.
-
Die
DE 36 20 258 C2 offenbart einen Kollisionsschutz, bei welchem ein Aufnahmeelement einen kegelförmigen Sitz aufweist, aus welchem ein Konus angehoben wird, falls es zu einer Kollision kommt.
-
Die
DE 10 2006 040 034 A1 offenbart ein Kupplungssystem, wobei das Kupplungssystem Möglichkeiten zur Durchführung von Medien aufweist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schnellwechselwerkzeughalter zur Halterung eines optischen Bearbeitungs- oder Messkopfes, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfes, anzugeben, der einerseits einen Kollisionsschutz aufweist und andererseits einen schnellen Wechsel des Kopfes erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Schnellwechselwerkzeughalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wirken dabei das Kollisionsschutzelement und der Träger als federmechanischer Kollisionsschutz zusammen. Ferner ist das Aufnahmeelement über eine lösbare Kupplung mit dem Kollisionsschutzelement koppelbar.
-
Dadurch ist ein über einen Schnellwechselmechanismus austauschbarer optischer Bearbeitungs- oder Messkopfes wirksam gegen eine Zerstörung bei einer Kollision geschützt. Der federmechanische Kollisionsschutz gewährleistet, dass der optische Bearbeitungs- oder Messkopf wieder in seine ursprüngliche Position zurückfällt, sobald die Kollision aufgehoben ist.
-
Vorteilhaft wird das Kollisionsschutzelement durch ein Rückstellelement, insbesondere eine Druckfeder, und Anschläge bezüglich des Trägers in einer definierten Arbeitsposition gehalten. Das Rückstellelement kann dabei je nach Ausführungsform auch durch andere Federelemente wie beispielsweise eine Zugfeder, einen Gummiring oder ein pneumatisches Element wie beispielsweise eine Druckluftkammer zwischen dem Träger und dem Kollisionsschutzelement ausgestaltet sein.
-
Weiter vorteilhaft ist, wenn der Träger oder das Kollisionsschutzelement eine erste Gleitfläche aufweist, die ermöglicht, dass bei einer axialen Kollision des Bearbeitungs- oder Messkopfes mit einem Werkstück das Kollisionsschutzelement bezüglich des Trägers durch Entlanggleiten an der ersten Gleitfläche in axialer Richtung aus der definierten Arbeitposition verfährt. Dadurch werden die beiden axial zueinander beweglichen Einheiten geführt und es wird ein Verkanten der Einheiten wirkungsvoll verhindert.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Träger oder das Kollisionsschutzelement eine ballige zweite Gleitfläche aufweist, die ermöglicht, dass bei einer seitlichen Kollision des Bearbeitungs- oder Messkopfes mit einem Werkstück das Kollisionsschutzelement bezüglich des Trägers durch ein kombiniertes Abrollen und Entlanggleiten an den beiden Gleitflächen in seitlicher Richtung aus der definierten Arbeitposition ausschwenkt. Dadurch sind der Träger und das Kollisionsschutzelement auch bei einer seitlichen Kollision gegen ein Verkanten geschützt. In Kombination mit der axialen Gleitbewegung kann dadurch ein Bearbeitungskopf durch eine Lageänderung des Kollisionsschutzelements bezüglich des Trägers aus der Arbeitsposition den axialen und/oder seitlich auf den Bearbeitungskopf wirkenden Druckkräften ausweichen.
-
Ferner ist es vorteilhaft, dass sich das Rückstellelement an einem Kupplungselement abstützt, das das Kollisionsschutzelement mit dem Aufnahmeelement koppelt. Damit wird die Federkraft des bereits zum Zwecke des Kollisionsschutzes vorhandenen Rückstellelements verwendet, um das Kupplungselement in dem Aufnahmeelement zu arretieren. Dadurch ist das Aufnahmeelement und der daran befestigte, empfindliche optische Bearbeitungs- oder Messkopf ausfallsicher gekoppelt.
-
Zum Lösen der Kupplung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Kupplungselement durch Druckluft gegen eine von dem Rückstellelement ausgeübte Kraftwirkung derart bewegbar ist, dass es von dem Aufnahmeelement abkoppelt.
-
Ferner ist es vorteilhaft, dass das Kollisionsschutzelement und das Aufnahmeelement in gekoppeltem Zustand drehfest miteinander verbunden sind. Dies kann beispielweise über Scherstifte oder durch formschlüssige Ausgestaltungen des Kupplungselements und des Aufnahmeelements geschehen. Dadurch ist die Arbeitsposition des optischen Bearbeitungs- oder Messkopf präzise festgelegt.
-
Ferner kann der Schnellwechselwerkzeughalter so ausgeführt sein, dass das Kollisionsschutzelement und das Aufnahmeelement zwei in eingekoppeltem Zustand aneinander anliegende Flächen haben, die zueinanderfluchtende Durchführungsöffnungen zur Übertragung von erforderlichen Medien und/oder Sensorsignalen aufweisen. Dadurch können bei einem Wechsel des Bearbeitungskopfs auch die Arbeitsmedien automatisch abgekoppelt werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
-
1 eine Draufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie A-A (oben) eines erfindungsgemaßen Schnellwechselwerkzeughalters mit einem Kollisionsschutzelement und einem Aufnahmeelement;
-
2 eine Draufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie B-B (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem eine Kupplungssensorik gezeigt ist;
-
3 eine Seitenansicht (oben) sowie einen Schnitt entlang der Linie C-C (unten) durch das Aufnahmeelement des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem Mittel zur axialen Zentrierung eines Bearbeitungskopfes gezeigt sind;
-
4 eine teilweise Schnittansicht (oben) entlang der Linie A-A sowie einen Schnitt (unten) entlang der Linie D-D des Schnellwechselwerkzeughalters, in welchem die Zentrierung des Kollisionsschutzelements bezüglich eines Trägers gezeigt ist;
-
5 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie E-E (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem ein Kupplungselement in entspanntem Zustand gezeigt ist;
-
6 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie G-G (oben) des um 90° gedrehten Schnellwechselwerkzeughalters, bei dem das Aufnahmeelement an dem Kollisionsschutzelement eingekoppelt ist;
-
7 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie I-I (oben) des um 120° gedrehten Schnellwechselwerkzeughalters, in dem Kollisionssensoren gezeigt sind;
-
8 eine Aufsicht (unten) sowie einen gewinkelten Schnitt entlang der Linie J-J (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem ein Druckluftanschluss gezeigt ist;
-
9 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie K-K (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem Mediendurchführungen zur Übertragung von erforderlichen Medien gezeigt sind;
-
10 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie H-H (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters während einer axialen Kollision (Z-Kollision);
-
11 eine Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie H-H (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters während einer seitlichen Kollision (X/Y-Kollision).
-
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSBEISPIELE
-
1 zeigt einen Schnellwechselwerkzeughalter 10, auch Schnellspanner oder Wechselwerkzeughalter genannt, zur Halterung eines Bearbeitungs- oder Messkopfes in einem Längsschnitt, dessen Schnittebene die Mittelachse des Schnellwechselwerkzeughalters 10 beinhaltet. Der Schnellwechselwerkzeughalter 10 kann beispielsweise in einer Laserbearbeitungsanlage zur Halterung eines Laserbearbeitungskopfes verwendet werden. Der im Wesentlichen als Rotationskörper ausgeführte Schnellwechselwerkzeughalter 10 umfasst als Grundeinheiten ein Kollisionsschutzelement 12, das über einen Träger 14 beispielsweise mit einem Bearbeitungsarm der Laserbearbeitungsanlage verbunden werden kann, sowie ein an das Kollisionsschutzelement 12 ankoppelbares Aufnahmeelement 16, das den nicht gezeigten Laserbearbeitungskopf aufnimmt. In einem Magazin der Laserbearbeitungsanlage können mehrere Aufnahmeelemente 16 mit verschiedenen Bearbeitungsköpfen lagern, die sich beispielsweise in der Brennweite unterscheiden. Der Bearbeitungsarm kann so vor Beginn der Bearbeitung eines der Aufnahmeelemente 16 automatisiert anfahren und das Kollisionsschutzelement 12 an das betreffende Aufnahmeelement 16 ankoppeln. Die Bearbeitungsanlage kann dann die Bearbeitung aufnehmen; am Ende der Bearbeitung wird das Aufnahmeelement 16 wieder an seinem Platz im Magazin abgelegt.
-
Der Träger 14 weist eine in der 1 nach oben gerichtete Flanschfläche 18 auf, die nach Verbindung mit dem Bearbeitungsarm mit einer Gegenfläche in Anlage kommt. Die Befestigung des Trägers 14 an dem Bearbeitungsarm erfolgt mit Hilfe von Schrauben, die in mit Innengewinden versehenen Befestigungsbohrungen 20 des Trägers eingeschraubt werden. Der Träger 14 weist ferner eine Durchgangsöffnung 22 mit einem Durchmesser auf, der an den Durchmesser des Laserstrahls angepasst ist, der bei modernen Hochleistungslasern im Bereich von 10 mm bis 35 mm liegt. Durch die Durchgangsöffnung kann dann der von dem Bearbeitungsarm kommende Laserstrahl in den Schnellwechselwerkzeughalter 10 und den daran anschließenden Laserbearbeitungskopf eintreten.
-
Der Strahlrichtung des Lasers axial nach unten hin folgend weist der Träger 14 eine sich konisch oder glockenförmig verbreiternde Außengleitfläche 24 auf, an der eine an dem Kollisionsschutzelement 12 angebrachte Schmutzlippe 26 entlanggleiten kann. An dem der Flanschfläche 18 gegenüberliegenden Ende des Trägers 14 weist dieser einen radial nach außen weisenden flanschförmigen Ansatz 28 auf, der, wie in der Schnittansicht gezeigt, eine ballige, vorzugsweise kugelflächenabschnittsförmige Außenkontur 29 hat. Im Inneren des Trägers 14 ist ein sich in Strahlrichtung nach unten hin öffnender kegelstumpfförmiger Hohlraum 30 ausgebildet, in dem eine Druckfeder 32 angeordnet ist, die sich nach oben hin an einem die Durchgangsöffnung 22 koaxial umgebenden Innenflansch an dem Träger 14 abstutzt.
-
Das Kollisionsschutzelement 12 begrenzt mit einem Gehäuse 34 einen Innenraum 36, in dem der Träger 14 einen Bewegungsfreiraum hat. Dabei hat der flanschförmige Ansatz 28 des Tragers 14 die Möglichkeit, entlang einer am Innenraum 36 ausgebildeten Innengleitfläche 38 axial in dem Gehäuse 34 des Kollisionsschutzelements 12 entlang zu gleiten. Nach oben hin wird das Gehäuse 34 von einem ringförmigen Anschlag 40 begrenzt, an dem die Schmutzlippe 26 befestigt ist. Der Strahlrichtung weiter nach unten folgend weist das Kollisionsschutzelement 12 ein mehrere Teile umfassendes Kupplungselement 42 auf.
-
Das Kupplungselement 42 hat einen Kupplungsschaft 44, der beispielsweise über Zentrierdichtungsringe 46 im Boden des Gehäuses 34 des Kollisionsschutzelements 12 zentriert wird und der mittig über die untere Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 axial hinausragt. Die Begrenzungsfläche 48 erstreckt sich somit ringförmig um den Kupplungsschaft 44. Ferner weist das Kupplungselement 42 einen Kupplungshohlkolben 50 auf, der innerhalb des Kupplungsschafts 44 axial beweglich angeordnet ist und der durch eine kegelstumpfförmige Außenkontur 51 an seinem unteren Ende bei einer Bewegung in Richtung des aus dem Kollisionsschutzelement 12 hinausragenden Teils des Kupplungsschafts 44 dort befindliche Spannkugeln 52 radial nach außen drückt. Wie die Durchgangsöffnung 22 des Trägers 14 hat der Kupplungshohlkolben 50 einen mit der Mittelachse fluchtenden Durchgang 54 zur Durchführung des Laserstrahls, der ebenfalls einen an den Laserstrahl angepassten Innendurchmesser hat.
-
In einer Außennut des Kupplungshohlkolbens 50 liegt eine erste Lippendichtung 56 mit U-förmigem Profil zwischen dem Kupplungshohlkolben 50 und einem erweiterten Durchmesser des Kupplungsschafts 44 an. Zusammen mit einer zweiten Lippendichtung 58 mit U-förmigem Profil, die in axialer Richtung weiter unten in einer Innennut des Kupplungsschafts 44 angeordnet ist und an der der Kupplungshohlkolben 50 entlanggleitet, begrenzt diese erste Lippendichtung 56 einen Druckraum 60, in den zur Steuerung des Kupplungshohlkolbens 50 über eine in 8 gezeigte Druckluftzuführung 62 Druckluft eingebracht werden kann.
-
An dem in axialer Richtung entgegen der Strahlrichtung des Lasers weisenden oberen Ende des Kupplungshohlkolbens 50 ist in einem erweiterten Querschnitt des Kupplungshohlkolbens 50 ein Adapterringelement 64 angeordnet, an dem sich die andere Seite der Druckfeder 32 abstützt.
-
Dabei ist zwischen dem Adapterringelement 64 und dem Kupplungshohlkolben 50 ein ringförmiges Betätigungsblech 66 geklemmt, das insbesondere in der 5 gezeigt ist und das über den Außenumfang des Kupplungshohlkolbens 50 hinausragt.
-
Das Aufnahmeelement 16, das in der Längsschnittansicht der 1 in entkoppeltem Zustand unterhalb des Kollisionsschutzelements 12 ohne einen darin aufgenommenen Bearbeitungs- oder Messkopf gezeigt ist, weist an seiner dem Kollisionsschutzelement 12 zugewandten Seite einen Rastring 68 auf. An diesem Rastring 68 ist ein Aufnahmering 70 befestigt, in dessen Innendurchmesser eine Zentrierhülse 72 angeordnet ist. Wie insbesondere aus der Schnittansicht entlang der Linie C-C der 3 ersichtlich ist, sind in dem Aufnahmering 70 vier diametral verlaufende Zentrierschrauben 74 jeweils um 90° versetzt über den Umfang verteilt. Durch Einschrauben der Zentrierschrauben 74 drücken diese auf die Zentrierhülse 72, die an dem Rastring 68 über Befestigungsschrauben 76 in axialer Richtung gehaltert wird. Dadurch kann die Zentrierhülse 72 axial zentriert und gefluchtet werden. Der Bearbeitungs- oder Messkopf, der in den Figuren nicht gezeigt ist, wird dann mit der Zentrierhülse verbunden und ist damit präzise ausgerichtet.
-
Der Rastring 68 ist zu dem Kupplungselement 42 und der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 komplementär ausgebildet, so dass die in Richtung des Kollisionsschutzelements 12 weisende Kontaktfläche 78 des Rastrings 68 auf der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 zu liegen kommen kann. Hierzu entspricht der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung des Rastrings 68 dem Außendurchmesser des Kupplungsschafts 44.
-
Wie in 6, in der das Aufnahmeelement 16 in der an dem Kollisionsschutzelement 12 angekoppelten Position gezeigt ist, zu erkennen ist, weist die Innenöffnung 80 des Rastrings 68 eine Innennut 82 auf, in der die Spannkugeln 52 bei Betätigung des Kupplungshohlkolbens 50 einrasten können und somit das Aufnahmeelement 16 an dem Kollisionsschutzelement 2 arretieren. Damit das Aufnahmeelement 16 drehfest an dem Kollisionsschutzelement 12 angekoppelt wird, ist in dem Rastring 68 ein Scherstift 84 vorgesehen, der, wie dies in 1 gezeigt ist, mit einer Bohrbuchse 86 zusammenwirkt, die in der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 aufgenommen ist. Eine andere Möglichkeit eine Drehfestigkeit zwischen dem Kollisionsschutzelement 12 und dem Aufnahmeelement 16 sicherzustellen, wäre beispielsweise für die Spannkugeln 52 des Kupplungselement 42 radiale Vertiefungen in der Innennut des Rastrings 68 vorzusehen.
-
Wie in 2 gezeigt, weist das Kollisionsschutzelement 12 ferner einen Kupplungssensor 88 auf, der mit einem an dem Aufnahmeelement 16 angebrachten Betätigungsstift 90 zusammenwirkt. Mit Hilfe des Kupplungssensors 88 lässt sich erkennen, ob eine fehlerfreie Kopplung der beiden Teile gegeben ist.
-
Sowohl das Kollisionsschutzelement 12 als auch das Aufnahmeelement 16 weisen an den beiden aneinander anliegenden Flächen, der Begrenzungsfläche 48 und der Kontaktfläche 78 Öffnungen auf, die im gekoppelten Zustand zueinander fluchten und durch welche Medien oder Sensorsignale von dem Kollisionsschutzelement 12 an das Aufnahmeelement 16 und dem damit verbundenen Bearbeitungskopf übertragen werden können. Selbstverständlich ist auch eine Übertragung in umgekehrter Richtung möglich. 9 zeigt dabei in einer Schnittansicht insbesondere vier Mediendurchführungen 92. Dabei ist an dem Kollisionsschutzelement 12 ein oberer Pneumatikanschluss 94 vorgesehen, an den beispielsweise ein von der Laserbearbeitungsanlage kommendes Arbeitsgas angeschlossen werden kann. Der obere Pneumatikanschluss 94 ist dann bis auf die Begrenzungsfläche 48 durchgeführt und endet in einer Auslassöffnung 96, an der ein O-Ring 98 angebracht ist. Mit dieser Auslassöffnung 96 fluchtend ist in dem Aufnahmeelement 16 eine korrespondierende Eingangsöffnung 100 vorgesehen, die durch den Aufnahmering 70 hindurchgeführt ist und in einem unteren Pneumatikanschluss 102 endet. An diesem Pneumatikanschluss 102 werden dann kurze Zuleitungen zu dem an dem Aufnahmeelement 16 angebrachten Laserbearbeitungskopf angeschlossen. Aufgrund der durch das Kupplungselement 42 bewirkten Kräfte, können dabei Gasdrücke von bis zu 25 bar und mehr übertragen werden.
-
Der Kollisionsschutz des Schnellwechselwerkzeughalters 10 funktioniert derart, dass die Druckfeder 32 die einerseits an dem Träger 14 und andererseits an dem Adapterring 64 anliegt, dafür sorgt, dass der flanschförmige Ansatz 28 des Trägers 14 an dem ringformigen Anschlag 40 des Kollisionsschutzelements 12 anliegt und somit das Kollisionsschutzelement 12 in einer definierten Arbeitsposition bezüglich des Trägers 14 und damit dem Bearbeitungsarm der Laserbearbeitungsanlage hält. Um in der Arbeitsposition eine drehfest und axiale Orientierung des Kollisionsschutzelements 12 gegenüber dem Träger 14 sicherzustellen, ist wie in der 4 ersichtlich ein weiterer Zentrier- und Scherstift 104 vorgesehen, der in einer axialen Nut 106 in dem flanschförmigen Ansatz 28 des Trägers 14 geführt ist.
-
Um nun ein Aufnahmeelement 16 mit einem Bearbeitungs- oder Messkopf an dem Kollisionsschutzelement 12 zu koppeln, wird der Druckraum 60 mit Druckluft beaufschlagt, so dass der Kupplungshohlkolben 50 des Kupplungselements 42 entgegen der Federkraft der Druckfeder 32 aus dem Kupplungsschaft 44 zurückgezogen wird, wodurch die Spannkugeln 52 kräftefrei werden. Die Bewegung des Kupplungshohlkolbens 50 wird dabei über das Betätigungsblech 66 überpruft, dessen Position über einen Betätigungssensor 107 erfasst werden kann. Der Befestigungsarm kann nun über das entsprechende Aufnahmeelement 16 bewegt und der Kupplungsschaft 44 in die Rastöffnung des Rastrings 68 eingeführt werden. Danach wird der Druckraum 60 entlüftet, so dass der Kupplungshohlkolben 50 durch die Federkraft der Druckfeder 32 nach vorne bewegt wird und somit die Spannkugeln 52 innerhalb der Innennut 82 des Rastrings 68 eingreifen. Das Aufnahmeelement 16 wird dadurch, wie aus 6 ersichtlich, mit dem Kollisionsschutzelement 12 gekoppelt. Durch Zuführen der verschiedenen Arbeitsgase über die Mediendurchführungen 92 und durch Einspeisen des Lasers durch die Durchgangsöffnung 22 in den Bearbeitungskopf kann dann die Bearbeitung eines Werkstücks erfolgen.
-
Kommt es, wie in 10 gezeigt, aufgrund einer Fehlsteuerung zu einer Kollision des Bearbeitungskopfes mit dem Werkstück, so kann beispielsweise eine Kraft in axialer Richtung auf den Bearbeitungskopf und damit verbunden auf das Aufnahmelement 16 sowie das Kollisionsschutzelement 12 wirken. Da der Träger 14 jedoch mit dem flanschförmigen Ansatz 28 entlang zylindrischen Innengleitfläche 38 des Gehäuses 34 des Kollisionsschutzelements 12 entlanggleiten kann, verfahrt das Kollisionsschutzelement 12 entsprechend der Federkraft der Druckfeder 32 in axialer Richtung nach oben. Der Bearbeitungskopf kann dadurch der Kraftwirkung der Kollision ausweichen.
-
Dabei wird über Sensoren 108, die, wie in 7 ersichtlich, im 120° Abstand entlang des Umfangs des Kollisionsschutzelements 12 verteilt sind, die Lage des flanschförmigen Ansatzes 28 erfasst, so dass eine Kollision elektronisch detektiert werden kann. Eine Steuerung der Laserbearbeitungsanlage kann dann beispielweise die Zuführung der Arbeitsmedien unterbrechen und den Betätigungsarm der Laserbearbeitungsanlage zurückziehen.
-
Durch dieses Zurückziehen des Betätigungsarms wird der Kollisionszustand aufgehoben und die Druckfeder 32 drückt den Träger 14 wieder in die ursprüngliche Arbeitsposition, bei der der flanschförmige Ansatz 28 an dem ringförmigen Anschlag 40 des Kollisionsschutzelements 12 anliegt. Der Bearbeitungskopf steht damit wieder in einer exakten Ausgangsposition, ohne dass manuelle Justageprozesse von Nöten sind.
-
11 zeigt eine Situation, in der auf den Laserbearbeitungskopf bei einem Kollisionsvorgang eine Kraft senkrecht zu der Mittelachse des Trägers 14, d. h. seitlich, wirkt. Dabei ermöglicht die kugelflächenabschnittsförmige Außenkontur 29 des flanschförmigen Ansatzes 28, dass das Kollisionsschutzelement 12 sich bezüglich des Trägers 14 durch eine Kombination von Abrollen und Entlanggleiten auf der Innengleitfläche 38 des Kollisionsschutzelements 12 gegenüber diesem um beispielsweise bis zu 15° verkippen kann. Durch den kegelstumpfförmigen Hohlraum 30 des Trägers 14, in dem die Druckfeder 32 angeordnet ist, wirkt dabei die Druckfeder 32 wiederum als Rückstellelement.