DE102011118737A1 - Laser notching machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Laser-Kerbmaschine (10) zur Herstellung von Kerben an Werkstücken (90), insbesondere Motorblöcken, mit einer Kerbeinrichtung (11; 111), die einen Erzeuger (12, 112) für einen Laserstrahl (34) sowie eine Laserdüse (13) umfasst, die an einem stangenartigen, eine Längsachse (15) aufweisenden Laserträger (14; 114) angeordnet ist, und mit einer Werkstückhalterung (22) für das Werkstück (90) und einer Trägerhalterung (16) für den Laserträger (14; 114), die mittels einer Führung (23) relativ zueinander verstellbar sind derart, dass der Laserträger (14; 114) in der Art einer Lanze in eine Bohrung (91) des Werkstücks (90) einführbar ist, so dass anhand der Laserdüse (13) eine insbesondere zu einem späteren Absprengen eines Teils (92) des Werkstücks (90) von einem Grundkörper (93) des Werkstücks (90) geeignete Kerbe im Innenraum der Bohrung (91) einbringbar ist. Bei der Laser-Kerbmaschine (10) vorgesehen, dass der Erzeuger (12, 112) für den Laserstrahl (34) in einem Innenraum des Laserträgers (14; 114) angeordnet ist und/oder zwischen dem Laser-Erzeuger (12, 112) für den Laserstrahl (34) und der Laserdüse (13) ein flexibler Lichtleiter (30) angeordnet ist.The invention relates to a laser notching machine (10) for producing notches on workpieces (90), in particular engine blocks, with a notching device (11, 111) having a generator (12, 112) for a laser beam (34) and a laser nozzle (10). 13) arranged on a rod-like laser carrier (14; 114) having a longitudinal axis (15) and having a workpiece holder (22) for the workpiece (90) and a carrier holder (16) for the laser carrier (14; ) which are adjustable relative to one another by means of a guide (23) such that the laser carrier (14; 114) can be introduced into a bore (91) of the workpiece (90) in the manner of a lance so that the laser nozzle (13) a notch in the interior of the bore (91), which is suitable in particular for a later breaking off of a part (92) of the workpiece (90) from a base body (93) of the workpiece (90), can be introduced. In the case of the laser notching machine (10), the generator (12, 112) for the laser beam (34) is arranged in an inner space of the laser carrier (14, 114) and / or between the laser generator (12, 112) for the laser beam (34) and the laser nozzle (13) a flexible light guide (30) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Laser-Kerbmaschine zur Herstellung von Kerben an Werkstücken, insbesondere Motorblöcken, mit einer Kerbeinrichtung, die einen Erzeuger für einen Laserstrahl sowie eine Laserdüse umfasst, die an einem stangenartigen, eine Längsachse aufweisenden Laserträger angeordnet ist, und mit einer Werkstückhalterung für das Werkstück und einer Trägerhalterung für den Laserträger, die mittels einer Führung relativ zueinander verstellbar sind derart, dass der Laserträger in der Art einer Lanze in eine Bohrung des Werkstücks einführbar ist, so dass anhand der Laserdüse eine insbesondere zu einem späteren Absprengen eines Teils des Werkstücks von einem Grundkörper des Werkstücks geeignete Kerbe im Innenraum der Bohrung einbringbar ist.The invention relates to a laser notching machine for producing notches on workpieces, in particular engine blocks, with a notching device comprising a generator for a laser beam and a laser nozzle, which is arranged on a rod-like, having a longitudinal axis laser carrier, and with a workpiece holder for the Workpiece and a support holder for the laser carrier, which are adjustable relative to each other by means of a guide such that the laser carrier is introduced in the manner of a lance in a bore of the workpiece, so that on the basis of the laser nozzle in particular to a later blasting of a portion of the workpiece a base of the workpiece suitable notch in the interior of the bore can be introduced.
Es ist beispielsweise aus
Bei größeren Werkstücken, beispielsweise Motorblöcken, ist es üblich, die Laserdüse an einer Art Lanze, nämlich einem Laserträger, anzuordnen. Die Lanze wird in eine beispielsweise zur Unterbringung einer Kurbelwelle vorgesehene Bohrung des Werkstücks eingefahren, so dass die Laserdüse vor Ort, in der Bohrung, die entsprechenden Laser-Kerben einbringen kann. Anschließend wird ein so genannter Spreizdorn in die Bohrung eingeführt, der dann einen Teil des Werkstücks vom Grundkörper des Werkstücks absprengt. Der abgesprengte Teil ist beispielsweise ein Lagerdeckel. Allerdings ist die Positionierung der Laserlanze schwierig, da der Laserträger eine relativ unflexible Baueinheit darstellt. Zwischen einer Austrittsoptik des Laser-Erzeugers und der Eintrittsoptik der Laserdüse muss ein möglichst geradliniger Strahlverlauf gegeben sein, so dass der Laserstrahl von der Austrittsoptik ausgehend die Eintrittsoptik der Laserdüse trifft. Ist die Laserlanze jedoch verbogen, beispielsweise aufgrund Toleranzen in der Bohrung, trifft der Laserstrahl die Eintrittsoptik der Laserdüse nicht mehr.For larger workpieces, such as engine blocks, it is common practice to arrange the laser nozzle on a type of lance, namely a laser carrier. The lance is retracted into a, for example, provided for accommodating a crankshaft bore of the workpiece, so that the laser nozzle can bring in place in the hole, the corresponding laser notches. Subsequently, a so-called expanding mandrel is inserted into the bore, which then breaks off a part of the workpiece from the main body of the workpiece. The detached part is, for example, a bearing cap. However, the positioning of the laser lance is difficult because the laser carrier is a relatively inflexible unit. Between a discharge optics of the laser generator and the entrance optics of the laser nozzle as straight as possible a beam path must be given, so that the laser beam from the exit optics starting from the entrance optics of the laser nozzle hits. However, if the laser lance is bent, for example due to tolerances in the bore, the laser beam no longer hits the entrance optics of the laser nozzle.
Man kann die Laser-Kerbmaschine daher nur für bestimmte Werkstücktypen, beispielsweise bestimmte Arten von Motorblöcken, verwenden. Wenn die Bohrung am Werkstück eine zu große Toleranz aufweist, ist die bekannte Anordnung nicht zu gebrauchen.Therefore, the laser engraving machine can be used only for certain types of workpieces, for example, certain types of engine blocks. If the bore on the workpiece has too large a tolerance, the known arrangement is not useful.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexibler einsetzbare Laser-Kerbmaschine bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a laser cutting machine which can be used more flexibly.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Laser-Kerbmaschine der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der Erzeuger für den Laserstrahl in einem Innenraum des Laserträgers angeordnet ist und/oder zwischen dem Laser-Erzeugerfür den Laserstrahl und der Laserdüse ein flexibler Lichtleiter angeordnet ist.To solve the problem is provided in a laser notching machine of the type mentioned that the generator for the laser beam is disposed in an interior of the laser carrier and / or a flexible light guide is disposed between the laser generator for the laser beam and the laser nozzle.
Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, dass der Austrittsort des Laserstrahls, nämlich die Laserdüse, mit möglichst geringem Aufwand und recht frei in der Bohrung des Werkstücks positionierbar ist. Ein Aspekt ist dabei, dass der Laser-Erzeuger, der den Laserstrahl erzeugt, und die Laserdüse mittels eines flexiblen Lichtleiters miteinander verbunden sind. Somit ist also z. B. ein Faserlaser vorhanden. Auf diesem Wege kann die Relativposition zwischen Laserdüse und Erzeuger bzw. Trägerhalterung bequem verstellt werden. Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Erzeuger für den Laserstrahl direkt im Laserträger untergebracht ist, so dass auch bei dieser Konfiguration die Laser-Düse in der Bohrung des Werkstücks relativ frei positionierbar ist.It is a basic idea of the invention that the exit location of the laser beam, namely the laser nozzle, can be positioned with the least possible effort and quite freely in the bore of the workpiece. One aspect is that the laser generator, which generates the laser beam, and the laser nozzle are connected to each other by means of a flexible light guide. Thus, z. B. a fiber laser available. In this way, the relative position between the laser nozzle and generator or carrier holder can be easily adjusted. Another variant of the invention provides that the generator for the laser beam is accommodated directly in the laser carrier, so that even in this configuration, the laser nozzle in the bore of the workpiece is relatively freely positionable.
Die erfindungsgemäße Laser-Kerbmaschine kann also relativ frei in der Bohrung des Werkstücks, bei der es sich vorzugsweise um einen Motorblock handelt, positioniert werden. Der Begriff ”Bohrung” ist dabei weit zu verstehen und umfasst jegliche Kavität, insbesondere langgestreckte Kavität, in die eine Laserlanze einführbar ist. Der später abzusprengende bzw. zu crackende Teil ist beispielsweise ein Lagerdeckel.The laser notching machine according to the invention can therefore be positioned relatively freely in the bore of the workpiece, which is preferably an engine block. The term "bore" is to be understood wide and includes any cavity, in particular elongated cavity into which a laser lance is inserted. The part to be peeled or cracked later is, for example, a bearing cap.
Dementsprechend sieht eine bevorzugte Variante der Erfindung vor, dass die Laser-Kerbmaschine noch eine Crackeinrichtung aufweist oder insgesamt einen Bestandteil einer Crackmaschine bildet, die ihrerseits eine Crackeinrichtung hat. Mit der Crackeinrichtung kann später das später abzusprengende bzw. zu crackende Teil von der Basis des Werkstücks abgesprengt werden. Die Crackeinrichtung umfasst z. B. einen Crackdorn, der relativ zur Bohrung verstellbar ist, nämlich in diese hinein bzw. aus dieser heraus. Das Werkstück kann zum Crackdorn hin verstellt werden und/oder der Crackdorn zum Werkstück.Accordingly, a preferred variant of the invention provides that the laser notching machine still has a cracking device or forms an integral part of a cracking machine, which in turn has a cracking device. With the cracking device, the later part to be peeled off or cracked can later be blasted off the base of the workpiece. The cracking device comprises z. B. a cracking mandrel, which is adjustable relative to the bore, namely in this or out of this. The workpiece can be adjusted to the cracking mandrel and / or the cracking mandrel to the workpiece.
Die Führung verläuft im Wesentlichen geradlinig, vorzugsweise parallel zur Längsachse des Laserträgers. Prinzipiell möglich wäre jedoch auch ein bogenförmiger, insbesondere leicht gekrümmter Verlauf, insbesondere dann, wenn der Laserträger ebenfalls eine Krümmung aufweist. Bevorzugt ist jedoch ein Laserträger, dessen Längsachse geradlinig ist.The guide runs essentially in a straight line, preferably parallel to the longitudinal axis of the laser carrier. In principle, however, would also be an arcuate, in particular slightly curved course, especially if the laser carrier also has a curvature. However, a laser carrier whose longitudinal axis is rectilinear is preferred.
Die Kerbeinrichtung umfasst zweckmäßigerweise einen Faserlaser. Der Laser-Erzeuger ist zweckmäßigerweise außerhalb des Laserträgers angeordnet. An dieser Stelle sei bemerkt, dass selbstverständlich auch zwischen einem im Laserträger angeordneten Laser-Erzeuger und der Laserdüse ein flexibler Lichtleiter verlaufen kann.The notching device expediently comprises a fiber laser. The laser generator is expediently arranged outside the laser carrier. At this point it should be noted that Of course, between a laser carrier arranged in the laser generator and the laser nozzle can run a flexible optical fiber.
Die Relativbewegung der Laserdüse zum Werkstück hin bzw. zu einer Innenwand der Bohrung hin, kann beispielsweise mittels eines Stellantriebs oder einer Stelleinrichtung erfolgen. Die Stelleinrichtung umfasst beispielsweise einen fluidtechnischen, z. B. pneumatischen oder hydraulischen, Motor oder Antrieb und/oder einen elektrischen Motor oder Antrieb. Der Laserträger kann daher vorteilhaft auch biegesteif sein.The relative movement of the laser nozzle towards the workpiece or towards an inner wall of the bore can be effected, for example, by means of an actuator or an adjusting device. The adjusting device comprises, for example, a fluidic, z. As pneumatic or hydraulic, motor or drive and / or an electric motor or drive. The laser carrier can therefore also be advantageous bending resistant.
Selbst wenn jedoch eine solche Stelleinrichtung vorhanden ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der Laserträger zumindest abschnittsweise biegeflexibel ist. Beispielsweise ist er im Bereich neben der Laserdüse oder in einem Abschnitt zwischen der Laserdüse und der Trägerhalterung biegeflexibel. Somit ist es möglich, dass der Laserträger nachgibt, beispielsweise wenn er auf ein Hindernis im Innern des Werkstücks aufläuft.However, even if such a control device is present, it may be advantageous if the laser carrier is bend flexible at least in sections. For example, it is flexurally flexible in the area next to the laser nozzle or in a section between the laser nozzle and the carrier holder. Thus, it is possible that the laser carrier yields, for example, when it runs on an obstacle inside the workpiece.
Der Laserträger kann als Ganzes beweglich an der Trägerhalterung gelagert sein, beispielsweise drehbar, exzentrisch gelagert oder auch in einer anderen Variante der Erfindung parallel-kinematisch gelagert. Es versteht sich, dass eine parallel-kinematische Lagerung und eine rotatorische Lagerung und/oder eine exzentrische Lagerung auch in Kombination möglich sind.The laser carrier can be mounted movably as a whole on the carrier holder, for example, rotatably, eccentrically mounted or stored in a parallel-kinematic manner in another variant of the invention. It is understood that a parallel-kinematic storage and a rotational storage and / or an eccentric storage are also possible in combination.
Mithilfe eines vorteilhaft vorgesehenen Drehlagers ist es möglich, in unterschiedlichen Winkelstellungen im Innenraum der Bohrung Kerben einzubringen. Beispielsweise ist die Laserdüse um 180° drehbar, um an einander entgegengesetzten Seiten Kerben in den Innenraum der Bohrung einzubringen.By means of an advantageously provided pivot bearing, it is possible to introduce notches in different angular positions in the interior of the bore. For example, the laser nozzle is rotatable through 180 ° to introduce grooves on opposite sides into the interior of the bore.
Der Laserträger ist zweckmäßigerweise mittels eines parallel-kinematischen und/oder eines exzentrischen Lagers an der Trägerhalterung zu einer Beweglichkeit quer zur Längsachse des Laserträgers gelagert. Somit kann der Laserträger also parallel zur Längsachse verstellt werden, aber auch schräg zur Längsachse.The laser carrier is expediently mounted by means of a parallel-kinematic and / or eccentric bearing on the carrier holder to a mobility transverse to the longitudinal axis of the laser carrier. Thus, the laser carrier can therefore be adjusted parallel to the longitudinal axis, but also obliquely to the longitudinal axis.
Der Laserträger ist zweckmäßigerweise mittels eines Schlittens an der Trägerhalterung quer zur Längsachse des Laserträgers verstellbar. Es versteht sich, dass auch die Laserdüse mittels eines Schlittens, der z. B. im Innenraum oder an einem freien Ende des Laserträgers angeordnet ist, relativ zum Laserträgers verstellbar sein kann, beispielsweise quer zur Längsachse des Laserträgers.The laser carrier is expediently adjustable by means of a carriage on the carrier holder transversely to the longitudinal axis of the laser carrier. It is understood that the laser nozzle by means of a carriage, the z. B. is arranged in the interior or at a free end of the laser carrier, relative to the laser carrier may be adjustable, for example, transversely to the longitudinal axis of the laser carrier.
Wie schon angedeutet, kann auch die Laserdüse an dem Laserträger beweglich gelagert sein, beispielsweise drehbar und/oder quer zur Längsachse des Laserträgers.As already indicated, the laser nozzle can also be movably mounted on the laser carrier, for example rotatably and / or transversely to the longitudinal axis of the laser carrier.
Der Laserträger kann einen Kopf aufweisen, in dem oder an dem die Laserdüse angeordnet ist. Dieser Kopf des Laserträgers kann beispielsweise axial verstellbar sein, insbesondere längs der Längsachse des Laserträgers oder quer zu dieser Achse. Es ist auch möglich, dass der Kopf als Ganzes drehbar bezüglich des Laserträgers gelagert ist.The laser carrier may have a head in or on which the laser nozzle is arranged. This head of the laser carrier can for example be axially adjustable, in particular along the longitudinal axis of the laser carrier or transversely to this axis. It is also possible that the head as a whole is rotatably mounted with respect to the laser carrier.
Die Laserdüse ist zweckmäßigerweise mittels einer Federanordnung quer zur Längsachse des Laserträgers und von dieser weg in einem Sinne zum Werkstück hin federbelastet. Die Federanordnung drückt also quasi die Laserdüse in Richtung der Innenwand der Bohrung des Werkstückes, so dass ihre Austrittsöffnung optimal relativ zur Innenwand positioniert ist und der Laserstrahl dementsprechend optimal eine Kerbe in das Werkstück einbringen kann.The laser nozzle is expediently spring-loaded by means of a spring arrangement transversely to the longitudinal axis of the laser carrier and away from it in a direction towards the workpiece. The spring assembly thus presses quasi the laser nozzle in the direction of the inner wall of the bore of the workpiece, so that its outlet opening is optimally positioned relative to the inner wall and the laser beam can accordingly optimally introduce a notch in the workpiece.
Insbesondere bei der vorgenannten Ausführungsform mit der Federanordnung, aber auch bei anderen Ausführungsformen, beispielsweise mit der Stelleinrichtung, ist es vorteilhaft, wenn der Laserdüse eine Abstützeinrichtung zum Abstützen an dem Werkstück zugeordnet ist, so dass ein Abstand zwischen der Laserdüse und einer mit der Kerbe zu versehenden Oberfläche des Werkstücks festgelegt ist.In particular, in the aforementioned embodiment with the spring arrangement, but also in other embodiments, for example, with the adjusting device, it is advantageous if the laser nozzle is associated with a supporting device for supporting on the workpiece, so that a distance between the laser nozzle and one with the notch to determining surface of the workpiece is set.
Die Abstützeinrichtung weist beispielsweise einen oder mehrere Stützvorsprünge auf. Ein Stützvorsprung kann beispielsweise am Laserträger direkt angeordnet sein. Aber auch an der Laserdüse oder einer Halterung für die Laserdüse, die relativ zum Laserträger beweglich ist, kann mindestens ein Stützvorsprung vorgesehen sein. Der Stützvorsprung definiert den Abstand zwischen Laserdüse bzw. Austrittspunkt des Laserstrahls und der Oberfläche der Bohrung, die mit der Kerbe zu versehen ist.The support device has, for example, one or more support projections. A support projection can be arranged directly on the laser carrier, for example. But also at the laser nozzle or a holder for the laser nozzle, which is movable relative to the laser carrier, at least one support projection may be provided. The supporting projection defines the distance between the laser nozzle and the exit point of the laser beam and the surface of the hole to be provided with the notch.
An dem Laserträger, beispielsweise an dessen Kopf, freiem Ende oder dergleichen, sind zweckmäßigerweise ein Rammschutz und/oder ein Auflaufschutz vorhanden, der Beschädigungen der Laserdüse vermeidet.At the laser carrier, for example, at the head, free end or the like, a ram protection and / or a casserole protection are expediently available, which avoids damage to the laser nozzle.
Eine Montagevereinfachung stellt es dar, wenn der Laserträger mehrteilig ist, beispielsweise aus einer unteren Baugruppe und einer oberen Baugruppe besteht. Der Laserträger umfasst zweckmäßigerweise ein mehrteiliges Gehäuse. Bevorzugt ist der Laserträger in seiner Außenkontur rund. Weiterhin ist es möglich, dass der Laserträger eine Montageöffnung zum Montieren der Laserdüse und/oder des flexiblen Lichtleiters und/oder des Erzeugers für den Laserstrahl im Innenraum des Laserträgers umfasst.A simplification of assembly, it represents when the laser carrier is multi-part, for example, consists of a lower assembly and an upper assembly. The laser carrier expediently comprises a multi-part housing. The laser carrier is preferably round in its outer contour. Furthermore, it is possible that the laser carrier comprises a mounting opening for mounting the laser nozzle and / or the flexible light guide and / or the generator for the laser beam in the interior of the laser carrier.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the drawing. Show it:
Eine Laser-Kerbmaschine
Der Laserträger
An dem Maschinenbett
Die Führung
Der Laserträger
An der Oberseite des Grundträgers
An dem Drehlager
An der dem Laserträger
Die Kerbeinrichtung
Der Laserträger
The
An einem hinteren, dem Drehlager
Die Laserdüse
Die Laseroptik
Das Modul
Neben der Laserdüse
Mittels eines Stellantriebs bzw. einer Stelleinrichtung
An einer vorderen, freien Stirnseite des Laserträgers
In
Ein Laserträger
Der Kopf
Im Kopf
Der Grundkörper
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