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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung mit mindestens einer Schutzwandung.
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Die
EP 2 153 931 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung mit wenigstens einer Schutzwand aus Metall, Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff, wobei auf der Schutzwand flächig eine aus Textil, Folie, Schaum und/oder Papier bestehende Lage vorgesehen ist. Diese Lage eignet sich besonders gut, um diese flächig auf die Schutzwand aufzubringen und an oder in dieser zu befestigen. Demzufolge ist es erforderlich, zusätzlich zu der Lage eine Schutzwand vorzusehen, wobei die Lage in erster Linie als Träger eines metallischen Leiters zum Detektieren einer Verformung der Schutzwand, die einen sandwichartigen Aufbau aufweist, dient. Demnach ist es auch zwingend erforderlich, die Schutzwand formstabil auszubilden. Im Weiteren ist es fraglich, welche Textilien, Folien, Schäume und/oder Papiere einer Laserstrahlung derart standhalten, dass sie im Zusammenhang mit einer Schutzwand auf deren der Laserstrahlung ausgesetzten Oberfläche verwendet werden können.
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Darüber hinaus sind aus der Praxis Einhausungen zum Schutz vor Laserstrahlung, insbesondere beim Laserschweißen, bekannt, die Schutzwände aus Metallblechen aufweisen, wobei jede Schutzwand in der Regel mehrere parallel und beabstandet zueinander angeordnete Metallbleche umfasst, die insgesamt eine relativ große Wandstärke aufweisen. Als Metalle finden bevorzugt Aluminiumlegierungen oder Stähle, insbesondere Chrom-Nickel-Stähle, Verwendung. Als Problematisch neben der verhältnismäßig großen Wandstärke erweist sich die die Tatsache, dass verschmutzte Oberflächen die Laserstrahlung besser absorbieren als saubere und gegebenenfalls reflektierende Oberflächen und mit dem Grad der Verschmutzung die Schutzwirkung nachlässt.
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Ferner offenbart die
DE 41 13 668 A1 eine Laserschutzvorrichtung in Form eines flächigen Raumteilers. Zur Erzielung einer Schutzwirkung sind mehrere Lagen eines Carbonfaser-Vlieses vorgesehen, zwischen denen Aluminiumfolie angeordnet ist, wobei Decklagen aus einem nichtbrennbaren Gewebe vorgesehen und alle Lagen längs der Außenränder miteinander verbunden sind.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 198 55 793 A1 eine Laserschutzwand, die mindestens eine metallische Blechwandung umfasst, wobei die Blechwandung aus einem eloxierten oder chromatierten Leichtmetall besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Schutzwandung einen einfachen und relativ dünnen Aufbau aufweist und dennoch einer verhältnismäßig leistungsstarken Laserstrahlung zur Vermeidung von Unfällen, insbesondere beim automatisierten Laserschweißen mittels Schweißrobotern, standhält.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
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Eine Vorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung umfasst mindestens eine Schutzwandung, die zur Bildung ihrer Wandungsfläche aus mehreren unmittelbar aufeinanderliegenden Kohlefasermatten besteht, wobei die Kohlefasermatten miteinander verbunden und randseitig gefasst sind.
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Alternativ besteht die Schutzwandung zur Bildung ihrer Wandungsfläche aus mehreren randseitig gefassten Kohlefasermatten, zwischen denen jeweils eine Schicht Ruß vorhanden ist.
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Die Anzahl der übereinanderliegenden Kohlefasermatten wird in Abhängigkeit von dem einzuhausenden Laser bzw. dessen Leistung bestimmt, wobei im Rahmen des Laserschweißens eingesetzte Laser zum Schutz vor einem unbeabsichtigten Austritt von Laserstrahlung aus der Vorrichtung bzw. Einhausung und der damit verbundenen Verletzungsgefahr für Personen mindestens zwei Kohlefasermatten benötigt. Bei einer eingesetzten Laserleistung von etwa 8 kW oder mehr werden beispielsweise zwischen 3 und 12, vorzugsweise zwischen 4 und 10 und bevorzugt etwa 8 Kohlefasermatten übereinander angeordnet, um sicherheitstechnischen Anforderungen standzuhalten. Die Stabilisierung der Kohlefasermatten erfolgt durch eine Verbindung miteinander, beispielsweise durch nähen oder häkeln oder eine sonstige mechanische Verbindung, die auch ohne Zusatzwerkstoffe vorgenommen werden kann. Es ist auch denkbar, die Kohlefasermatten, vorzugsweise punktweise mit einem Kunstharz, das beispielsweise Kohlenstoff aufweisen kann, zu infiltrieren. Im Weiteren trägt die randseitige Fassung bzw. Einfassung zur Stabilisierung bei, wobei die Einfassung bei einer Verwendung als Vorhang beispielsweise entlang der vertikal ausgerichteten Seiten oder der horizontal verlaufenden Seiten und bei einer Verwendung als Wand umlaufend angeordnet sein kann. Das Einfassen der Seitenränder kann auch mit einem randseitig aufzutragenden Klebstoff erfolgen, mit dem quasi eine Versiegelung der Schnittkanten herstellbar ist.
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Es wurde in umfangreichen Beschussversuchen festgestellt, dass die Kohlefaser aufgrund ihrer hohen Verdampfungstemperatur auch bei einem Einwirken eines Lasers mit hoher Leistung eine hohe Standzeit aufweist, also der einwirkenden Laserstrahlung bis zum Versagen relativ lange standhält. Andere Fasern, wie beispielsweise Glasfasern oder Aramidfasern, weisen aufgrund relativ geringer Schmelztemperaturen auch verhältnismäßig geringe Standzeiten unter der Einwirkung von Laserstrahlung auf, weshalb sie als Material zur Fertigung von Wandungen für Schutzvorrichtungen zur Einhausung von Schweißrobotern nicht geeignet sind.
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Zwischenlagen mit Ruß vergrößern die Standzeit der Schutzwandung bei einem Beschuss mit Laserstrahlung. Der Ruß kann durch entsprechendes Nähen der Kohlefasermatten nach Art einer Steppdecke in bestimmten Bereichen gehalten werden. Es ist auch eine Einarbeitung des Rußes in die Kohlefasermatten oder eine Art Kleben des mit einem Bindemittel vermischten Rußes denkbar.
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Um einen Einfluss der Ausrichtung der Fasern zu verringern, sind zweckmäßigerweise die Kohlefasermatten derart zueinander ausgerichtet, dass eine Vorzugsrichtung ihrer Fasern kreuzweise oder diagonal zueinander verläuft. Beispielsweise werden einzelnen Kohlefasermatten beispielsweise um 20°, 30°, 45° oder 90° in ihrer Vorzugsorientierung der Fasern verdreht zueinander angeordnet.
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Zur Weitergehenden Stabilisierung der Kohlefasermatten untereinander sind vorzugsweise die Kohlefasermatten miteinander vernäht.
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In Ausgestaltung bilden die Kohlefasermatten einen Vorhang, ein Tor oder eine Wand.
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Muss die Vorrichtung besondere Anforderungen erfüllen, ist es möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dass die Kohlefasermatten mindestens einseitig mit einem Blech überdeckt sind, Das Blech kann aus einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung gefertigt sein und eine relativ geringe Dicke aufweisen. Es kann auch beispielsweise lediglich zur Stützung der Kohlefasermatten dienen, ohne weitere Schutzfunktionen zu übernehmen.
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Um eine schlagstabile Wand bereitzustellen, sind die Kohlefasermatten von einem Kunstharz infiltriert. Das Kunstharz selbst kann mit Brandverzögerern beaufschlagt sein.
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Nach einer Weiterbildung sind die Kohlefasermatten an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten mittels Keder gefasst sind, wobei die Keder in vorrichtungsseitig befestigte Kederaufnahmeschienen einsetzbar. Zweckmäßigerweise bilden die Kederaufnahmeschienen an einem Rohrrahmen befestigt sind oder einen Rahmen der Vorrichtung.
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Vorzugsweise ist an zumindest einer der Randseiten ein Tunnel ausgebildet oder angeordnet. Der Tunnel kann aus den Kohlefasermatten gebildet oder an diesen befestigt sein. Beispielsweise ist ein Umschlag aller oder einiger Kohlefasermatten zur Gestaltung des Tunnels oder die Bildung eines Tunnels zwischen zwei zueinander beabstandeten Nähten oder durch das Annähen eines schlauchförmigen Gegenstandes an die Kohlefasermatten möglich. Der Tunnel kann zur Aufnahme eines stabförmigen auch flexiblen Gegenstandes dienen. Zweckmäßigerweise ist der Tunnel umlaufend vorgesehen. D.h. der Tunnel erstreckt sich über den gesamten Umfang der Schutzwandung bzw. der Wandungsfläche.
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Bevorzugt ist in dem Tunnel ein Zugseil oder ein elastisches Band aufgenommen. Sonach kann die Schutzwandung beispielsweise durch ein Über- oder Umgreifen einer rahmenartigen Vorrichtung befestigt werden und ist insbesondere einfach und schnell austauschbar bzw. entfernbar.
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Selbstverständlich kann der Tunnel zusätzlich zu einer randseitigen Einfassung vorgesehen sein oder eine randseitige Einfassung bilden.
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Vorzugsweise sind die Kohlefasermatten randseitig in Profilschienen festgelegt. Die verwendeten Profilschienen können Nuten zur Aufnahme der Randseiten der Kohlefasermatten aufweisen, wobei die Kohlefasermatten mittels Klemmelementen in den gegebenenfalls Hinterschnitte aufweisenden Nuten festlegbar sind. An den Profilschienen kann auch ein Blech befestigt sein, um die mechanische Stabilität der Schutzwandung zu erhöhen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Schutzwandung,
- 2 eine schematische Vorderansicht der in Kederschienen gefassten Schutzwandung nach 1,
- 3 eine schematische Versuchsanordnung zum Beschießen der Schutzwandung mit Laserstrahlung,
- 4 eine schematische Seitenansicht der Schutzwandung nach 1 in alternativer Ausgestaltung,
- 5 eine Schnittdarstellung nach der Linie V-V gemäß 2 in erster alternativer Ausgestaltung,
- 6 eine Schnittdarstellung nach der Linie V-V gemäß 2 in zweiter alternativer Ausgestaltung
- 7 eine schematische Teildarstellung einer alternativen Schutzwandung im Schnitt,
- 8 eine Schnittdarstellung nach der Linie V-V gemäß 2 in dritter alternativer Ausgestaltung und
- 9 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IX nach 8.
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Bei der Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Einhausung, die einen Schweißroboter zum Laserschweißen von Bauteilen umgibt, um die Umgebung außerhalb der Einhausung vor Laserstrahlung zu schützen. Da die zum Schweißen eingesetzten Laserschweißgeräte eine zunehmende Leistung aufweisen, ist es erforderlich, eine wirksame Schutzwandung 1 bereitzustellen, die eine relativ geringe und somit platzsparende Wandungsdicke aufweist. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Schutzwandung1 besteht zur Bildung ihrer Wandungsfläche 2 aus mehreren unmittelbar aufeinanderliegenden Kohlefasermatten 3, die mit einem Garn 4 miteinander vernäht sind. Randseitig sind die Kohlefasermatten 3 gefasst oder verstärkt ausgeführt, insbesondere kann eine Art Keder 5 vorgesehen sein, beispielsweise aus einem Kunststoff, der unter der Einwirkung von Laserstrahlung eine relativ große Standzeit aufweist. Die an einzelnen Seiten oder umlaufend angeordneten Keder 5 können zur Bildung einer relativ formstabilen Schutzwandung 1 in Kederaufnahmeschienen 6 befestigt werden, wobei die Kederaufnahmeschienen 6 entweder an einem Rahmen der Vorrichtung befestigt sind oder einen solchen Rahmen bilden. Selbstverständlich können randseitig auch lediglich Klemmschienen 9 zur Fassung der Schnittkanten der Kohlefasermatten 3 vorgesehen sein.
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Bei einer Versuchsanordnung zur Ermittlung der Standzeit der Schutzwandung 1 unter Einwirkung von Laserstrahlung befindet sich eine Linsenebene 7 einer Laseroptik 8 einer Laserschweißeinrichtung mit einer definierten Leistung in einem vorgegebenen Abstand zu der Schutzwandung 1.
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Bei einem Beschuss der aus mehreren unmittelbar aufeinanderliegenden Lagen Kohlefasermatten 3 bestehenden Schutzwandung 1 wurde festgestellt, dass die aus Kohlefasermatten 3 bestehende Schutzwandung 1 eine um ein Vielfaches höhere Standzeit bis zum Versagen gegenüber einer mehrschichtigen Chrom-Nickel-Stahlblech-Anordnung bei einer wesentlich geringen Wanddicke aufweist.
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Die Schutzwandung 1 gemäß 4 weist umfangsseitig einen Tunnel 10 auf, der linksseitig an einer Einfassung der Wandungsfläche 3 angeordnet ist und rechtsseitig eine verstärkende Einfassung der Kohlefasermatten 3 ersetzt. Hier kann der Tunnel 10 auch unmittelbar aus den Kohlefasermatten 3 gebildet werden, indem die Kohlefasermatten 3 entsprechend vernäht werden. In den Tunnel 10 ist ein elastisches Band 11 eingesetzt, das selbstverständlich auch durch ein Zugseil oder ein stabförmiges Element ersetzt werden kann.
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Nach 5 ist eine im Wesentlichen winkelförmige Profilschiene 12 vorgesehen, die einen Schenkel 13 mit einer stirnseitigen Nut 14 aufweist, in die die Kohlefasermatten 3 eingelegt und mit einem im Querschnitt zylindrischen Klemmprofil 15 festgelegt werden. Ein parallel zu den Kohlefasermatten 3 ausgerichteter Schenkel 16 der Profilschiene 12 kann beispielsweise zur Befestigung der Schutzwandung 1 dienen.
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Gemäß 6 ist eine im Wesentlichen im Querschnitt quadratische Profilschiene 12 vorgesehen, die einen symmetrischen Aufbau aufweist. Die Kohlefasermatten 3 ragen in eine oberseitige Nut 14, in der sie mit einem an den Querschnitt der Nut 14 angepassten Klemmprofil 15, das federnd gestaltet sein kann, gehalten sind. Parallel zu den Kohlefasermatten 3 ist ein Blech 17 auf der Profilschiene 12 befestigt.
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Die Schutzwandung 1 nach 7 umfasst mehrere Kohlefasermatten 3, zwischen denen Schichten Ruß 18 vorhanden sind, die die Standzeit der Schutzwandung bei einem Beschuss mit Laserstrahlen erhöhen. Der Ruß 18 ist in einem Klebstoff gebunden und zwei benachbarte Kohlefasermatten 3 sind mit dem Ruß/Klebstoffgemisch miteinander verklebt.
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Die im Wesentlichen winkelförmige Profilschiene 12 gemäß den 8 und 9 weist den Schenkel 13 mit der Nut 14 auf, in der die Kohlefasermatten 3, die gegebenenfalls die Schichten mit Ruß 18 umfassen können, mit dem Klemmprofil 15 umlaufend befestigt sind. Die Nut 14 kann einen Hinterschnitt aufweisen, der das Klemmprofil 15 haltert. Der parallel zu den Kohlefasermatten 3 ausgerichtete Schenkel 16 der Profilschiene 12 dient zur Befestigung des Blechs 17.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Schutzwandung
- 2.
- Wandungsfläche
- 3.
- Kohlefasermatte
- 4.
- Garn
- 5.
- Keder
- 6.
- Kederaufnahmeschiene
- 7.
- Linsenebene
- 8.
- Laseroptik
- 9.
- Klemmschiene
- 10.
- Tunnel
- 11.
- Band
- 12.
- Profilschiene
- 13.
- Schenkel
- 14.
- Nut
- 15.
- Klemmprofil
- 16.
- Schenkel
- 17.
- Blech
- 18.
- Ruß
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2153931 B1 [0002]
- DE 4113668 A1 [0004]
- DE 19855793 A1 [0005]
