DE102017213364A1 - Function unit for a machining head, machining head and functional element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Funktionseinheit (1) für einen Bearbeitungskopf, bevorzugt für einen Laserbearbeitungskopf, umfassend: ein Halteelement (3), das an dem Bearbeitungskopf befestigbar ist, sowie ein Kopplungselement (4), das relativ zu dem Halteelement (3) bewegbar ist, wobei das Kopplungselement (4) zur insbesondere lösbaren Verbindung mit einem Funktionselement (5) ausgebildet ist. Das Halteelement (3) weist einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Druckraum (13) auf, an dem Kopplungselement (4) ist eine Kolbenstange (14) angebracht, die in dem Druckraum (13) linear in einer Verschieberichtung (15) bewegbar geführt ist, die Kolbenstange (14) weist einen Hohlraum (19) auf, der über eine Fluid-Verbindung (20) mit dem Druckraum (13) verbunden ist, und in dem Kopplungselement (4) ist mindestens ein Fluidkanal (21) zur Führung des Fluids von dem Hohlraum (19) der Kolbenstange (14) zu einem Fluid-Auslass (28) des Kopplungselements (4) gebildet. Die Erfindung betrifft auch einen Bearbeitungskopf mit einer solchen Funktionseinheit (1) sowie ein Funktionselement (5) für eine solche Funktionseinheit (1). The invention relates to a functional unit (1) for a machining head, preferably for a laser machining head, comprising: a retaining element (3) which can be fastened to the machining head, and a coupling element (4) which is movable relative to the retaining element (3), wherein the coupling element (4) is designed for the particular releasable connection with a functional element (5). The holding element (3) has a pressure chamber (13) which can be acted upon by a fluid, on the coupling element (4) a piston rod (14) is mounted, which is movably guided in the pressure space (13) linearly in a displacement direction (15) Piston rod (14) has a cavity (19) which is connected via a fluid connection (20) with the pressure chamber (13), and in the coupling element (4) is at least one fluid channel (21) for guiding the fluid of the Cavity (19) of the piston rod (14) to a fluid outlet (28) of the coupling element (4) is formed. The invention also relates to a machining head with such a functional unit (1) and a functional element (5) for such a functional unit (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Funktionseinheit für einen Bearbeitungskopf, bevorzugt für einen Laserbearbeitungskopf, beispielsweise für einen Laserschneidkopf, umfassend: ein Halteelement, das an dem Bearbeitungskopf - typischerweise an einem Gehäuse des Bearbeitungskopfs - befestigbar ist, sowie ein Kopplungselement, das relativ zu dem Halteelement bewegbar ist, wobei das Kopplungselement zur insbesondere lösbaren Verbindung mit einem Funktionselement ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Bearbeitungskopf, bevorzugt einen Laserbearbeitungskopf, zur insbesondere schneidenden Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend: ein Gehäuse, sowie eine Funktionseinheit wie eingangs beschrieben, wobei das Halteelement an dem Gehäuse des Bearbeitungskopfs befestigt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Funktionselement für eine solche Funktionseinheit.The invention relates to a functional unit for a machining head, preferably for a laser machining head, for example for a laser cutting head, comprising: a holding element, which is fastened to the machining head - typically on a housing of the machining head - and a coupling element which is movable relative to the retaining element , wherein the coupling element is designed for particular releasable connection with a functional element. The invention also relates to a machining head, preferably a laser machining head, for machining, in particular, a workpiece, comprising: a housing and a functional unit as described above, wherein the retaining element is fastened to the housing of the machining head. The invention also relates to a functional element for such a functional unit.
Derzeit an Laserbearbeitungsanlagen, insbesondere an Laserschneidanlagen, üblicherweise eingesetzte (Laser-)Bearbeitungsköpfe, insbesondere (Laser-)Schneidköpfe, sind speziell im Hinblick auf eine gute Schneidfunktionalität bei möglichst geringem Gewicht entwickelt worden. Ein geringes Gewicht wird angestrebt, um den Schneidkopf mit hoher Dynamik über die Werkstückoberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks bewegen zu können. Es ist in der Regel nicht vorgesehen, dass mittels des Schneidkopfs zusätzliche Aufgaben mit Hilfe von zusätzlichen Funktionselementen erfüllt werden. Gelegentlich werden an Schneidköpfen zusätzliche Funktionselemente in Form von Gas- oder Wassersprühdüsen verwendet, die zur Zuführung von Schutz- oder Hilfsgas oder zum Kühlen der Werkstückoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks verwendet werden.Currently (laser) machining heads, in particular (laser) cutting heads currently used on laser machining systems, in particular on laser cutting machines, have been developed especially with regard to a good cutting functionality with the lowest possible weight. A low weight is sought in order to move the cutting head with high dynamics over the workpiece surface of a workpiece to be machined can. As a rule, it is not provided that additional tasks can be fulfilled by means of the cutting head with the aid of additional functional elements. Occasionally, additional functional elements in the form of gas or water spray nozzles are used on cutting heads, which are used for supplying protective or auxiliary gas or for cooling the workpiece surface of the workpiece to be machined.
Beispielsweise ist aus der
Aus der
Im Stand der Technik wurden darüber hinaus verschiedene andere Funktionselemente vorgeschlagen:In addition, various other functional elements have been proposed in the prior art:
In der
Aus
Aus
Außerdem ist es vor allem für Stanz-Laser-Kombinationsmaschinen bekannt, Bürsten als Strahlschutzelemente um die Strahlaustrittsdüse des Laserbearbeitungskopfs herum anzuordnen, wie dies beispielsweise in JPH10137970A oder in
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funktionseinheit sowie einen Bearbeitungskopf mit einer solchen Funktionseinheit bereitzustellen, welche eine kompakte Bauweise einer vielseitig einsetzbaren Funktionseinheit ermöglichen.It is the object of the present invention to provide a functional unit and a machining head with such a functional unit, which allow a compact design of a versatile functional unit.
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Funktionseinheit der eingangs genannten Art, bei der das Halteelement einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Druckraum aufweist, bei der an dem Kopplungselement eine Kolbenstange angebracht ist, die in dem Druckraum in einer Verschieberichtung linear bewegbar geführt ist, bei der die Kolbenstange einen Hohlraum aufweist, der über eine Fluid-Verbindung mit dem Druckraum verbunden ist, und bei der in dem Kopplungselement mindestens ein Fluidkanal zur Führung des Fluids von dem Hohlraum der Kolbenstange zu einem zu einem Fluid-Auslass des Kopplungselements gebildet ist.This object is achieved by a functional unit of the type mentioned, in which the holding element has a pressurizable with a fluid pressure chamber, in which on the coupling element, a piston rod is mounted, which is guided linearly movable in the pressure chamber in a displacement direction, in which the Piston rod has a cavity which is connected via a fluid connection with the pressure chamber, and wherein in the coupling element at least one fluid channel for guiding the fluid from the cavity of the piston rod to one formed to a fluid outlet of the coupling element.
Bei der erfindungsgemäßen Funktionseinheit weist die Kolbenstange einen typischerweise durchgehenden Hohlraum auf, der beispielsweise als Axialbohrung ausgebildet sein kann. Der mit dem Fluid beaufschlagbare Druckraum in dem Halteelement kann insbesondere als zylindrische Bohrung ausgebildet sein. Die Fluid-Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Hohlraum in der Kolbenstange kann durch eine beispielsweise axiale Bohrung in der Kolbenstange erfolgen, die als Drossel wirkt. Über die Fluid-Verbindung wird bei der Beaufschlagung des Druckraums mit dem Fluid, beispielsweise mit einem Gas, z.B. mit Stickstoff oder mit Druckluft, gezielt ein kleiner Teil des Gasstroms durch den Hohlraum in der Kolbenstange hindurch geleitet und gelangt über den Fluidkanal in dem Kopplungselement zu einem Fluid-Auslass des Kopplungselements, der mit einem Fluid-Anschluss des Funktionselements verbindbar ist. Im Funktionselement kann das Fluid zur Erfüllung der Funktion des Funktionselements, beispielsweise zur Erfüllung einer Saugfunktion, verwendet werden. Das für die pneumatische oder ggf. hydraulische Bewegung des Kopplungselements benötigte Fluid kann somit gleichzeitig zur Erfüllung der Funktion des Funktionselements genutzt werden. Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise der Funktionseinheit, da nur eine einzige Fluid-Zuleitung benötigt wird. Wird der Druckraum nicht mehr mit dem Fluid beaufschlagt, kann die Rückstellung der Kolbenstange in eine Ruhestellung erfolgen, indem auf die Kolbenstange eine Kraft aufgebracht wird, die beispielweise durch eine (Druck-)Feder, durch einen hermetisch gehaltenen Druckraum erzeugt werden kann, oder indem in den Druckraum ein Fluid zugeführt wird, das in entgegen gesetzter Richtung auf die Kolbenstange wirkt. In the functional unit according to the invention, the piston rod has a typically continuous cavity, which may be formed, for example, as an axial bore. The acted upon by the fluid pressure chamber in the holding element may be formed in particular as a cylindrical bore. The fluid connection between the pressure chamber and the cavity in the piston rod can be done by an example axial bore in the piston rod, which acts as a throttle. When the pressure space is exposed to the fluid, for example with a gas, for example nitrogen or compressed air, a small portion of the gas flow is selectively directed through the cavity in the piston rod via the fluid connection and arrives via the fluid channel in the coupling element a fluid outlet of the coupling element, which is connectable to a fluid port of the functional element. In the functional element, the fluid can be used to fulfill the function of the functional element, for example to fulfill a suction function. The fluid required for the pneumatic or optionally hydraulic movement of the coupling element can thus be used simultaneously to fulfill the function of the functional element. This allows a simple and compact design of the functional unit, since only a single fluid supply line is needed. If the pressure chamber is no longer acted upon by the fluid, the return of the piston rod can take place in a rest position by a force is applied to the piston rod, which can be generated for example by a (pressure) spring, by a hermetically held pressure chamber, or by in the pressure chamber, a fluid is supplied, which acts in the opposite direction to the piston rod.
Bei einer Ausführungsform weist die Funktionseinheit ein Anschlagelement zur Begrenzung der Bewegung des Kopplungselements relativ zu dem Halteelement entlang der Verschieberichtung auf einen maximalen Abstand auf, wobei das Anschlagelement bevorzugt zur Veränderung des maximalen Abstands zwischen dem Halteelement und dem Kopplungselement an einem Trägerelement entlang der Verschieberichtung bewegbar und an unterschiedlichen Positionen in Verschieberichtung an dem Trägerelement festlegbar ist. Der maximale Abstand zwischen dem Halteelement und dem Kopplungselement entlang der Verschieberichtung wird durch das Anschlagelement vorgegeben. Das Trägerelement kann als (Gewinde-)Stange ausgebildet sein, die mit dem Kopplungselement oder mit dem Halteelement fest verbunden ist und deren freies Ende in ein Langloch oder dergleichen an dem jeweils anderen Element, d.h. an dem Halteelement oder an dem Kopplungselement, eingreift. Das Trägerelement ist in diesem Fall über das Anschlagelement in dem Langloch geführt und begrenzt den Hub des Kopplungselements, wenn das Anschlagelement das Ende des Langlochs erreicht. Das Anschlagelement kann manuell oder motorisch entlang der Führungsstange verschiebbar sein. Das Anschlagelement kann beispielsweise als Hülse ausgeführt sein, die das Trägerelement umgibt und mittels einer Schraube an dem Trägerelement festlegbar ist. Alternativ kann das Trägerelement als Gewindestange ausgeführt sein, also ein Außengewinde aufweisen, das mit einem Innengewinde des Anschlagelements zusammenwirkt, um das Anschlagelement zu verschieben. Bei einer geeigneten Auslegung des Gewindes ist dieses selbsthemmend, d.h. das Anschlagelement verbleibt in der eingestellten Position und ist dort festgelegt. Auf diese Weise kann der maximale Hub des Kopplungselements verändert und an verschiedene Funktionselemente oder an verschiedene Werkstückdicken angepasst werden.In one embodiment, the functional unit has a stop element for limiting the movement of the coupling element relative to the holding element along the displacement direction to a maximum distance, wherein the stop element preferably for changing the maximum distance between the holding element and the coupling element on a carrier element along the displacement direction movable and can be fixed at different positions in the direction of displacement on the support element. The maximum distance between the holding element and the coupling element along the displacement direction is predetermined by the stop element. The support member may be formed as a (threaded) rod which is fixedly connected to the coupling element or with the holding element and whose free end in a slot or the like to the other element, i. on the holding element or on the coupling element, engages. The carrier element is guided in this case via the stop element in the slot and limits the stroke of the coupling element when the stop element reaches the end of the slot. The stop element can be displaced manually or by a motor along the guide rod. The stop element may for example be designed as a sleeve which surrounds the carrier element and can be fixed by means of a screw on the carrier element. Alternatively, the carrier element may be designed as a threaded rod, that is to say comprise an external thread which cooperates with an internal thread of the stop element in order to displace the stop element. With a suitable design of the thread this is self-locking, i. the stop element remains in the set position and is fixed there. In this way, the maximum stroke of the coupling element can be changed and adapted to different functional elements or to different workpiece thicknesses.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Funktionseinheit mindestens ein Führungselement, insbesondere eine Führungsstange, zur verdrehsicheren Führung des Kopplungselements bei der Bewegung entlang der Verschieberichtung auf. Die Führungsstange und die Kolbenstange verlaufen typischerweise parallel zueinander und sind lateral voneinander beabstandet. Die Führungsstange kann mit dem Halteelement oder mit dem Kopplungselement fest verbunden sein und greift typischerweise in einen (weiteren) Hohlraum am jeweils anderen Element, d.h. an dem Kopplungselement oder an dem Halteelement, ein.In a further embodiment, the functional unit has at least one guide element, in particular a guide rod, for the rotationally secure guidance of the coupling element during the movement along the displacement direction. The guide rod and the piston rod are typically parallel to each other and laterally spaced from each other. The guide rod may be fixedly connected to the holding element or to the coupling element and typically engages in a (further) cavity on the respective other element, i. on the coupling element or on the holding element, a.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Funktionseinheit ein Funktionselement auf, das lösbar mit dem Kopplungselement verbunden ist, wobei das Funktionselement einen bevorzugt als Venturi-Düse ausgebildeten Unterdruckerzeuger aufweist, der zur Erzeugung eines Unterdrucks über einen Fluid-Anschluss mit dem Fluid-Auslass und somit mit dem Fluidkanal des Kopplungselements verbindbar ist. Bei dem Funktionselement kann durch das über den Fluid-Anschluss zugeführte Fluid ein Unterdruck in dem Funktionselement erzeugt werden, d.h. die Funktion der Unterdruckerzeugung ist lokal in dem Funktionselement realisiert. Es ist daher kein externer Vakuumerzeuger und keine Verbindungsleitung zu einem solchen notwendig. Der in der Funktionseinheit erzeugte Unterdruck kann insbesondere dazu genutzt werden, um ein Werkstück bzw. um Werkstückteile anzusaugen.In a further embodiment, the functional unit has a functional element which is detachably connected to the coupling element, wherein the functional element has a vacuum generator which is preferably designed as a Venturi nozzle and which generates a negative pressure via a fluid connection with the fluid outlet and thus with the fluid channel of the coupling element is connectable. In the functional element, a negative pressure can be generated in the functional element by the fluid supplied via the fluid connection, i. the function of the vacuum generation is implemented locally in the functional element. It is therefore no external vacuum generator and no connection line to such a necessary. The negative pressure generated in the functional unit can in particular be used to suck in a workpiece or workpiece parts.
Bei einer Weiterbildung weist das Funktionselement mindestens ein Sauggreifelement auf, das über mindestens eine Saugleitung mit dem Unterdruckerzeuger, insbesondere in Form der Venturi-Düse, verbunden ist. Bei einer Venturi-Düse handelt es sich um ein Rohr mit einer Verengung des Querschnitts, der beispielsweise durch zwei gegeneinander gerichtete konische Rohrabschnitte erzeugt wird, die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind. An der Stelle mit dem geringsten Durchmesser ist typischerweise die Saugleitung platziert. Wird die Venturi-Düse von einem Fluid, beispielsweise von Druckluft, durchströmt, so wird (wie bei einer Wasserstrahlpumpe) in der Saugleitung ein Unterdruck erzeugt, wenn die Saugseite des bzw. der Sauggreifelemente geschlossen ist. Dies ist der Fall, wenn die Sauggreifelemente mit der Werkstückoberfläche in Kontakt stehen oder wenn diese - als Passivsauger - ein Ventil aufweisen, das automatisch schließt, wenn die Saugseite nicht durch das anzusaugende Werkstückteil belegt ist. Mehrere Sauggreifelemente können über eine gemeinsame Saugleitung mit dem Unterdruckerzeuger in Form der Venturi-Düse verbunden werden. Mit Hilfe eines solchen Funktionselements können auch kleine, filigrane oder Öffnungen aufweisende Werkstückteile angesaugt und anschließend aus dem Restwerkstück entnommen und abtransportiert werden.In a development, the functional element has at least one suction gripping element, which is connected via at least one suction line to the vacuum generator, in particular in the form of the Venturi nozzle. A Venturi nozzle is a tube having a narrowing in cross-section, for example, created by two opposing tapered tube sections that are at their lowest point Diameter are united. At the location with the smallest diameter, the suction line is typically placed. If the Venturi nozzle flows through a fluid, for example compressed air, then a negative pressure is generated in the suction line (as in the case of a water jet pump) when the suction side of the or the suction gripping elements is closed. This is the case when the suction pads are in contact with the workpiece surface or when they have a passive suction valve that automatically closes when the suction side is not occupied by the workpiece part to be sucked. Several suction gripping elements can be connected via a common suction line with the vacuum generator in the form of Venturi nozzle. With the help of such a functional element also small, filigree or openings having workpiece parts can be sucked and then removed from the remainder of the workpiece and removed.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die in der Einleitung oder in den vorstehenden Absätzen beschriebene Funktionseinheit mindestens zwei Funktionselemente auf, die wahlweise mit dem Kopplungselement lösbar verbindbar sind und die jeweils bevorzugt mindestens ein Kontaktelement zur Kontaktierung eines Werkstücks aufweisen, wobei die mindestens zwei Funktionselemente zur Erfüllung von mindestens zwei unterschiedlichen Funktionen ausgebildet sind. Die Funktionselemente können manuell oder ggf. automatisiert mit dem Kopplungselement verbunden werden. Mehrere (unterschiedliche) Funktionselemente können in einem gemeinsamen Magazin in einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise in einer Laserbearbeitungsmaschine, untergebracht werden, um den Austausch zu vereinfachen, der manuell oder automatisiert, z.B. mittels eines steuerbaren Greifarms, erfolgen kann.In a further embodiment, the functional unit described in the introduction or in the preceding paragraphs has at least two functional elements which can be detachably connected to the coupling element and which preferably each have at least one contact element for contacting a workpiece, wherein the at least two functional elements for fulfilling at least two different functions are formed. The functional elements can be connected to the coupling element manually or, if necessary, automatically. Several (different) functional elements may be accommodated in a common magazine in a processing machine, for example in a laser processing machine, to facilitate the replacement, which may be manual or automated, e.g. by means of a controllable gripper arm, can be done.
Das Kopplungselement der Funktionseinheit, die wie in der Einleitung beschrieben ausgebildet ist, kann mit Hilfe eines z.B. elektrischen Motors relativ zu dem Halteelement bewegt, insbesondere verschoben werden. Es ist aber auch möglich, das Kopplungselement mit Hilfe einer Kolbenstange und einem pneumatischen oder ggf. hydraulischen Antrieb relativ zu dem Halteelement zu verschieben. Das jeweilige Funktionselement kann mit dem Kopplungselement beispielsweise über eine Schraubverbindung lösbar verbunden sein. An dem Kopplungselement können auf einfache Weise verschiedenartige Funktionselemente mit und ohne Saug- oder Blasfunktion angebracht werden. Insbesondere können wahlweise Funktionselemente, die zur Erfüllung ihrer Funktion die Zuführung eines Fluids benötigen, und Funktionselemente, die zur Erfüllung ihrer Funktion keine Zuführung eines Fluids benötigen, lösbar mit dem Kopplungselement verbunden werden.The coupling element of the functional unit, which is designed as described in the introduction, can be adjusted by means of e.g. electric motor moves relative to the holding element, in particular to be moved. But it is also possible to move the coupling element by means of a piston rod and a pneumatic or possibly hydraulic drive relative to the holding element. The respective functional element can be detachably connected to the coupling element, for example via a screw connection. On the coupling element various functional elements can be attached with and without suction or blowing function in a simple manner. In particular, optional functional elements that require the supply of a fluid to fulfill their function, and functional elements that do not require the supply of a fluid to fulfill their function, can be detachably connected to the coupling element.
Bei einer Weiterbildung sind die Kontaktelemente der Funktionselemente ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Sauggreifelement, elastisches Kontaktelement, insbesondere elastisches Kissen oder Bürste, Ausdrückstift, Folienanreißelement und Abschirmelement. Es versteht sich, dass ein- und dasselbe Funktionselement zwei oder mehr Kontaktelemente aufweisen kann, die eine unterschiedliche Funktion erfüllen. An Stelle von Funktionselementen mit einem oder mehreren Kontaktelementen können ggf. auch Funktionselemente verwendet werden, die nicht mit dem Werkstück bzw. mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommen sollen, beispielsweise Funktionselemente, die eine Düse, beispielsweise in Form einer Ringdüse oder dergleichen aufweisen, welche die an dem Bearbeitungskopf angebrachte Düse bzw. deren Düsenöffnung ringförmig umgibt.In a development, the contact elements of the functional elements are selected from the group comprising: suction gripping element, elastic contact element, in particular elastic pad or brush, ejection pin, Folienanreißelement and shielding. It is understood that one and the same functional element may have two or more contact elements that fulfill a different function. Functional elements which are not intended to come into contact with the workpiece or with the workpiece surface may also be used instead of functional elements having one or more contact elements, for example functional elements which have a nozzle, for example in the form of an annular nozzle or the like, which attached to the machining head nozzle or its nozzle opening annularly surrounds.
Die Funktionselemente bzw. deren Kontaktelemente können während oder nach dem Laserbearbeitungsprozess verschiedene Funktionen erfüllen, von denen einige im Folgenden näher beschrieben sind: The functional elements or their contact elements can fulfill various functions during or after the laser processing process, some of which are described in more detail below:
Funktionselement mit Sauggreifelementen für KleinteileFunctional element with suction pads for small parts
Ein mit Sauggreifelementen ausgeführtes Funktionselement kann zum Halten von freigeschnittenen Kleinteilen im Restgitter und zum Entnehmen der Teile nach oben aus der Werkstückebene dienen. Die maximale Größe der Teile, die mit den Sauggreifelementen entnommen werden können, ist durch die Saugkraft begrenzt. Ein jeweiliges mit den Sauggreifelementen angesaugtes Kleinteil kann mit Hilfe der Bewegungsachsen des Bearbeitungskopfs, beispielsweise eines Schneidkopfs, aus der Werkstückebene entnommen, lateral verfahren und beispielsweise als Schüttgut in einen Sammelbehälter fallen gelassen werden.A running with Sauggreifelementen functional element can be used to hold cut small parts in the skeleton and to remove the parts up from the workpiece level. The maximum size of the parts that can be removed with the suction pads is limited by the suction force. A respective sucked with the Sauggreifelementen small part can be removed with the help of the axes of movement of the machining head, such as a cutting head from the workpiece level, moved laterally and dropped, for example as bulk material in a collection.
Funktionselement mit Ausdrückelement(en)Functional element with ejection element (s)
Ein Funktionselement mit einem oder mehreren Ausdrückelement(en), beispielsweise mit einem insbesondere elastischen Kontaktelement, z.B. mit einem Kissen, kann dazu dienen, freigeschnittene kleine Werkstückteile aus dem Restgitter nach unten auszudrücken, wenn diese von alleine nicht fallen. Meist sind diese Werkstückteile zu leicht, verkippen im Restgitter oder drehen sich durch Einwirkung des aus dem (Laser-)Schneidkopf austretenden Schneidgasstrahls aus ihrer Lage. Durch das Ausdrücken dieser Teile wird die Prozesssicherheit der Teileentnahme deutlich erhöht. Alternativ zu einem elastischen Kontaktelement kann als Ausdrückelement ein (nicht federelastischer) Ausdrückstift vorgesehen sein, dessen Krafteinwirkung punktueller ist.A functional element with one or more expressing element (s), for example with a particular elastic contact element, e.g. with a pillow, can serve to express cut small workpiece parts from the skeleton down when they do not fall by themselves. In most cases, these workpiece parts are too light, tilt in the skeletal grid or rotate out of their position by the action of the cutting gas jet emerging from the (laser) cutting head. By expressing these parts, the process reliability of parts removal is significantly increased. As an alternative to an elastic contact element may be provided as a Ausdrückelement a (non-resilient) Ausdrückstift whose force is punctiform.
Funktionselement mit (elastischen) Niederhalte- und Ausschiebeelement(en) Functional element with (elastic) hold-down and push-out element (s)
Beim Laserschneiden können kleine Werkstückteile unerwünscht von der unter der Werkstückauflage angeordneten Absaugvorrichtung erfasst und abgesaugt werden. Außerdem kann es vorkommen, dass das Schneidgas frei werdende Kleinteile im Restgitter verkippt oder durch die Werkstückauflage bzw. die Lasermatrize (an Stanz-Laser-Kombinationsmaschinen) nach unten aus dem Restgitter drückt. Dadurch können die Werkstückteile verschmutzen, beschädigt werden oder im Absaugweg bzw. in den übrigen Prozessreststoffen/Abfallteilen verloren gehen. Ein Funktionselement mit einem als Bürste oder als elastisches Kissen ausgebildeten elastischen Kontaktelement kann eingesetzt werden, um das Gutteil beim Freischneiden in ebener Lage festzuhalten. Das Gutteil verbleibt dadurch im Restgitter, ohne zu verkippen.When laser cutting small workpiece parts can be detected and sucked undesirable from the arranged under the workpiece support suction device. In addition, it may happen that the cutting gas released small parts tilted in the skeleton or pressed by the workpiece support or the laser die (punching laser combination machines) down from the skeleton. As a result, the workpiece parts can become dirty, damaged or lost in the Absaugweg or in the remaining process residues / waste parts. A functional element with a designed as a brush or as an elastic cushion elastic contact element can be used to hold the good part when cutting free in a level position. The good part thus remains in the skeleton, without tipping.
Anschließend kann das Funktionselement, genauer gesagt das elastische Kontaktelement, beispielsweise in Form der Bürste oder des elastischen Kissens, dazu dienen, das freigeschnittene Werkstückteil auf der Werkstückauflage zu verschieben, beispielsweise zu einer in der Werkstückauflage angeordneten Teileklappe. Beim Ausschleusen von Kleinteilen über eine Teileklappe in der Werkstückauflage kann es vorkommen, dass die Teile nicht auf Anhieb fallen, wenn diese leicht sind und der Teileschwerpunkt hinter der Klappenanfangskante liegt. Solche Teile können mit Hilfe des elastischen Kontaktelements verschoben und auf der Teileklappe positioniert werden. Das Teil fällt erst, wenn das elastische Kontaktelement wieder angehoben wird und so das Teil freigibt. Auch auf diese Weise wird die Prozesssicherheit bei der Teileentnahme erhöht.Subsequently, the functional element, more precisely the elastic contact element, for example in the form of the brush or the elastic pad, serve to displace the cut-free workpiece part on the workpiece support, for example to a part flap arranged in the workpiece support. When removing small parts via a partial flap in the workpiece support, it may happen that the parts do not fall off immediately, if they are light and the partial center of gravity lies behind the flap start edge. Such parts can be moved by means of the elastic contact element and positioned on the part flap. The part only falls when the elastic contact element is raised again, thus releasing the part. Also in this way the process reliability is increased at the part removal.
Funktionselement mit Folienanreißer (und Abziehhilfe)Function element with foil marker (and peel-off aid)
Mit einem Funktionselement, welches ein Kontaktelement mit einem oder mehreren Dornen oder Kugeln aufweist, kann die Folie eines foliierten Werkstücks (Blechs) angeritzt und aufgezogen werden. Dies erleichtert das Abziehen der Folie von einem foliierten Werkstück, bevor die Laserbearbeitung erfolgt.With a functional element, which has a contact element with one or more thorns or balls, the foil of a foiled workpiece (sheet) can be scratched and pulled up. This facilitates the removal of the film from a foiled workpiece before the laser processing takes place.
Funktionselement mit AbschirmfunktionFunctional element with shielding function
Wird ein Kontaktelement in Form einer Bürste ringförmig und als blickdichte Einheit aus strahlungsresistenten Borsten aufgebaut, so kann die Bürste (zusätzlich) als Strahlschutzelement genutzt werden, d.h. eine Abschirmfunktion erfüllen.If a contact element in the form of a brush ring-shaped and constructed as opaque unit of radiation-resistant bristles, the brush (in addition) can be used as a beam protection element, i. fulfill a shielding function.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf, bevorzugt einen Laserbearbeitungskopf, insbesondere einen Laserschneidkopf, zur insbesondere schneidenden Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend: ein Gehäuse, sowie eine Funktionseinheit, wie sie weiter oben beschrieben ist, wobei das Halteelement der Funktionseinheit an dem Gehäuse des Bearbeitungskopfs befestigt ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, sind Laserbearbeitungsköpfe, insbesondere Laserschneidköpfe, speziell im Hinblick auf eine gute Schneidfunktionalität bei möglichst geringem Gewicht entwickelt worden, um den Schneidkopf mit hoher Dynamik über die Werkstückoberfläche bewegen zu können. Durch die weiter oben beschriebene kompakte Funktionseinheit kann der Bearbeitungskopf, beispielsweise in Form eines Laserschneidkopfs, mindestens eine zusätzliche Funktion übernehmen, ohne dass hierdurch die Dynamik des Schneidkopfs deutlich reduziert wird.Another aspect of the invention relates to a machining head, preferably a laser machining head, in particular a laser cutting head, for the particular cutting machining of a workpiece, comprising: a housing, and a functional unit, as described above, wherein the retaining element of the functional unit on the housing of the machining head is attached. As described above, laser processing heads, in particular laser cutting heads, have been developed especially with regard to good cutting functionality with the lowest possible weight, in order to be able to move the cutting head over the workpiece surface with high dynamics. As a result of the compact functional unit described above, the machining head, for example in the form of a laser cutting head, can assume at least one additional function without significantly reducing the dynamics of the cutting head.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Bearbeitungskopf zusätzlich eine Bewegungseinrichtung mit einem insbesondere pneumatischen Antrieb zur Bewegung des Kopplungselements und somit des Funktionselements zwischen einer werkstückfernen Ruhestellung und einer werkstücknahen Funktionsstellung, insbesondere durch Beaufschlagen des Druckraums des Halteelements mit einem Fluid, typischerweise mit einem Gas.In one embodiment, the machining head additionally comprises a movement device with a pneumatic drive, in particular, for moving the coupling element and thus the functional element between a rest position remote from the work piece and a working position close to the work piece, in particular by pressurizing the pressure space of the holding element with a fluid, typically with a gas.
Die Bewegung des Funktionselements, genauer gesagt des mit diesem verbundenen Kopplungselements, kann beispielsweise erfolgen, indem dem weiter oben beschriebenen Druckraum in dem Halteelement ein Fluid zugeführt wird, welches auf die Kolbenstange eine Kraft ausübt, um die Kolbenstange und damit das Funktionselement von der Ruhestellung in die Funktionsstellung zu bewegen, insbesondere linear zu verschieben. Wird das Funktionselement nicht benötigt, kann das Funktionselement zurück in die werkstückferne Ruhestellung bewegt werden. Im einfachsten Fall wird zu diesem Zweck die Zuführung des Fluids zu dem Druckraum gestoppt, beispielsweise indem eine Verbindungsleitung der Bewegungseinrichtung bzw. des pneumatischen Antriebs zwischen dem Druckraum und einem Gas-Reservoir, beispielsweise einem Druckluftkreislauf, mit Hilfe eines steuerbaren Ventils geschlossen wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Bewegung der Kolbenstange des Kopplungselements bzw. des Funktionselements von der Funktionsstellung in die Ruhestellung durch eine Rückstellfeder oder dergleichen erfolgen, die beispielsweise in dem Druckraum angeordnet ist und auf die Kolbenstange, genauer gesagt auf eine Kolbenwirkfläche einwirkt. Alternativ kann der Druckraum beispielsweise als doppelt wirkender Pneumatik-Zylinder ausgebildet sein, bei dem die Bewegung der Kolbenstange von der Ruhestellung in die Funktionsstellung und umgekehrt durch die Zuführung eines Fluids in den Druckraum erfolgt. Die Bewegungseinrichtung steuert die Bewegung des Funktionselements in die Ruhestellung, um dieses während des Bearbeitungsprozesses vor Verschmutzungen zu schützen, indem dieses weiter vom Werkstück entfernt angeordnet wird. Typischerweise ist die Funktionsstellung so gewählt, dass das mindestens eine Kontaktelement des Funktionselements in der Funktionsstellung mit dem Werkstück und/oder mit freigeschnittenen Werkstückteilen in Kontakt kommt.The movement of the functional element, more precisely of the coupling element connected thereto, can be effected, for example, by supplying a fluid in the retaining element to the pressure chamber which exerts a force on the piston rod in order to move the piston rod and thus the functional element from the inoperative position to move the functional position, in particular to move linearly. If the functional element is not required, the functional element can be moved back to the workpiece-distant rest position. In the simplest case, the supply of fluid to the pressure chamber is stopped for this purpose, for example by a connecting line of the movement device or the pneumatic drive between the pressure chamber and a gas reservoir, such as a compressed air circuit, is closed by means of a controllable valve. As described above, the movement of the piston rod of the coupling element or the functional element from the functional position to the rest position by a return spring or the like can take place, which is arranged for example in the pressure chamber and acts on the piston rod, more precisely on a piston effective surface. Alternatively, the pressure chamber may be formed, for example, as a double-acting pneumatic cylinder, in which the movement of the piston rod from the rest position to the functional position and vice versa by the supply of a fluid into the pressure chamber. The movement device controls the movement of the functional element in the Rest position to protect it from contamination during the machining process by placing it further away from the workpiece. Typically, the functional position is selected so that the at least one contact element of the functional element in the functional position comes into contact with the workpiece and / or with cut workpiece parts.
Die Erfindung betrifft auch ein Funktionselement für eine Funktionseinheit für einen Bearbeitungskopf, insbesondere für eine erfindungsgemäße Funktionseinheit wie weiter oben beschrieben, umfassend: einen Unterdruckerzeuger sowie mindestens ein Sauggreifelement, das über mindestens eine Saugleitung mit dem Unterdruckerzeuger verbunden ist, wobei das Funktionselement mindestens einen Fluid-Anschluss zur Zuführung eines Fluids zu dem Unterdruckerzeuger zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Saugleitung aufweist, um mittels des mindestens einen Sauggreifers das Werkstück - oder typischerweise vom Werkstück freigeschnittene Werkstückteile - anzusaugen.The invention also relates to a functional element for a functional unit for a machining head, in particular for a functional unit according to the invention as described above, comprising: a vacuum generator and at least one suction gripping element which is connected via at least one suction line to the vacuum generator, wherein the functional element at least one fluid Having a connection for supplying a fluid to the vacuum generator for generating a negative pressure in the suction line in order to suck by means of the at least one suction gripper, the workpiece - or workpiece parts typically cut free from the workpiece.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Funktion der Unterdruckerzeugung lokal in dem Funktionselement realisiert, d.h. es ist für die Erzeugung des Unterdrucks lediglich erforderlich, dem Unterdruckerzeuger des Funktionselements über den mindestens einen Fluid-Anschluss ein Fluid zuzuführen.As described above, the vacuum generation function is implemented locally in the functional element, i. it is only necessary for the generation of the negative pressure to supply a fluid to the vacuum generator of the functional element via the at least one fluid connection.
Bei einer Ausführungsform weist der Unterdruckerzeuger eine Venturi-Düse auf, der zur Erzeugung des Unterdrucks in der Saugleitung das Fluid zuführbar ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Venturi-Düse typischerweise als Rohr mit einer Verengung des Querschnitts, beispielsweise in Form eines Doppelkonus, ausgebildet, wobei das Ende der Saugleitung in den verengten Rohrquerschnitt mündet. Das Fluid kann in axialer Richtung in die Venturi-Düse eingeströmt werden, es ist aber auch möglich, dass das Fluid über einen seitlichen Einlass in die Venturi-Düse eingeströmt wird.In one embodiment, the vacuum generator has a Venturi nozzle, to which the fluid can be supplied in order to generate the negative pressure in the suction line. As described above, the Venturi nozzle is typically formed as a tube with a constriction of the cross section, for example in the form of a double cone, wherein the end of the suction line opens into the constricted tube cross section. The fluid can be flowed into the Venturi nozzle in the axial direction, but it is also possible that the fluid is flowed into the Venturi nozzle via a lateral inlet.
Bei einer Ausführungsform ist der Fluid-Anschluss in einem Verbindungsbereich des Funktionselements zur Verbindung des Funktionselements mit dem Kopplungselement gebildet, um den Fluid-Anschluss des Funktionselements mit einer Fluidleitung des Kopplungselements zu verbinden. Um das Funktionselement in dem Verbindungsbereich fluiddicht mit dem Kopplungselement zu verbinden, ist der Verbindungsbereich typischerweise als plane (Anschlag-)Fläche ausgebildet, an der ein entsprechender Verbindungsbereich des Kopplungselements in Form einer planen Fläche in Anschlag gebracht wird. Für die fluiddichte Verbindung kann an dem Kopplungselement am austrittsseitigen Ende der Fluidleitung, d.h. am Fluid-Auslass, ein Dichtelement, beispielsweise in Form eines Dichtrings, angebracht werden. Wird das Funktionselement in dem Verbindungsbereich mit dem Kopplungselement verschraubt, kann auf diese Weise eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Kopplungselement und dem Funktionselement hergestellt werden.In one embodiment, the fluid connection is formed in a connection region of the functional element for connecting the functional element to the coupling element in order to connect the fluid connection of the functional element to a fluid line of the coupling element. In order to connect the functional element in the connection region in a fluid-tight manner to the coupling element, the connection region is typically designed as a plane (stop) surface against which a corresponding connection region of the coupling element in the form of a planar surface is brought into abutment. For the fluidtight connection, at the coupling element at the exit end of the fluid conduit, i. be attached to the fluid outlet, a sealing element, for example in the form of a sealing ring. If the functional element is screwed into the connection area with the coupling element, a fluid-tight connection between the coupling element and the functional element can be produced in this way.
Bei der Verbindung eines Kopplungselements mit einem Funktionselement, das keine Zuführung eines Fluids benötigt, ist es typischerweise günstig, den Fluid-Auslass des Kopplungselements fluiddicht zu verschließen, da ansonsten über die Fluid-Verbindung in dem Druckraum zumindest in der Funktionsstellung des Funktionselements permanent Fluid austritt. Funktionselemente, die keine Saugfunktion oder keine andere ein Fluid benötigende Funktion (Düsenfunktion) erfüllen, weisen in dem Verbindungsbereich keinen Fluid-Anschluss auf. Durch die Verwendung einer planen Verbindungsfläche und ein am Fluid-Auslass angebrachtes Dichtungselement, beispielsweise in Form des oben beschriebenen Dichtrings, kann beim Verschrauben des Funktionselements mit dem Kopplungselement die Fluidleitung in dem Kopplungselement dichtend verschlossen werden.When connecting a coupling element to a functional element that does not require the supply of a fluid, it is typically advantageous to close the fluid outlet of the coupling element in a fluid-tight manner, since otherwise fluid permanently escapes via the fluid connection in the pressure chamber at least in the functional position of the functional element , Functional elements that do not fulfill a suction function or any other fluid-requiring function (nozzle function) have no fluid connection in the connection region. By using a plane connecting surface and a sealing element attached to the fluid outlet, for example in the form of the above-described sealing ring, the fluid line in the coupling element can be sealingly closed when the functional element is screwed to the coupling element.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Fluid-Anschluss an dem Funktionselement außerhalb eines Verbindungsbereichs zur Verbindung des Funktionselements mit dem Kopplungselement gebildet. In diesem Fall dient der Fluid-Anschluss zur Verbindung einer (externen) Fluid-Zuleitung, beispielsweise einer Druckluft-Zuleitung, mit dem Unterdruckerzeuger. In diesem Fall wird das Fluid dem Unterdruckerzeuger nicht durch das Kopplungselement zugeführt.In a further embodiment, the fluid connection to the functional element is formed outside a connection region for connecting the functional element to the coupling element. In this case, the fluid connection is used to connect an (external) fluid supply line, for example a compressed air supply line, to the vacuum generator. In this case, the fluid is not supplied to the vacuum generator by the coupling element.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and the features listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.
Es zeigen:
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1a,b schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Funktionseinheit mit einem Halteelement, einem Kopplungselement und einem Funktionselement, das Kontaktelemente in Form von Sauggreifelementen aufweist, -
2a,b schematische Darstellungen eines Bearbeitungskopfs mit einer solchen Funktionseinheit mit dem Funktionselement in einer werkstückfernen Ruhestellung und in einer werkstücknahen Funktionsstellung, -
3a,b schematische Darstellungen eines Funktionselements, welches einen Unterdruckerzeuger in Form einer Venturi-Düse und eine Mehrzahl von Sauggreifelementen aufweist, -
4a-d schematische Darstellungen von vier Funktionselementen, die jeweils ein Kontaktelement aufweisen, das zur Erfüllung einer jeweils unterschiedlichen Funktion dient, sowie -
5a,b Darstellungen von zwei Funktionselementen mit einem Verbindungsbereich ohne bzw. mit einem Fluid-Anschluss.
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1a, b schematic representations of an embodiment of a functional unit having a holding element, a coupling element and a functional element having contact elements in the form of Saugrreifelementen, -
2a, b schematic representations of a machining head with such a functional unit with the functional element in a workpiece distant rest position and in a workpiece-near functional position, -
3a, b schematic representations of a functional element, which has a vacuum generator in the form of a Venturi nozzle and a plurality of Sauggreifelementen, -
4a-d schematic representations of four functional elements, each having a contact element, which serves to fulfill a respective different function, and -
5a, b Representations of two functional elements with a connection area without or with a fluid connection.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference numerals are used for identical or functionally identical components.
Der Laserbearbeitungskopf
Das Kopplungselement
Für die lineare Verschiebung des Kopplungselements
Der Druckraum
Für die Bewegung des Funktionselements
Um die Hubbewegung des Kopplungselements
Im gezeigten Beispiel kann das Anschlagelement
Wie in
Um dem Funktionselement
Wird die Venturi-Düse
Bei dem in
Wie in
An der in
Alternativ zur Verwendung einer Bürste
Das in
Durch das weiter oben beschriebene Dichtelement, beispielswiese in Form eines Dichtrings, wird beim Verschrauben des Funktionselements
In den weiter oben gezeigten Beispielen sind die Funktionselemente
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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