DE102019125997A1

DE102019125997A1 - Bearbeitungskopf für eine Bearbeitungsmaschine, Bearbeitungsmaschine sowie Verfahren zum Bearbeiten eines Materials mit einer Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102019125997A1
Application number: DE102019125997.5A
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Erchinger; Jeremy Meyer
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2021058391A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf, eine Bearbeitungsmaschine sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materials in einer Bearbeitungsmaschine (11), in welcher eine Bearbeitung eines Materials zumindest mit einem Laserstrahl (32) erfolgt, in welchem mehrere Versorgungsleitungen (65 - 73) und der Laserstrahl (32) geführt sind, mit einer an dem Bearbeitungskopf (31) angeschlossenen Drehübertragungseinrichtung (34) und mit einer an die Drehübertragungseinrichtung (34) angeordnete Aufnahmevorrichtung (36), mit einer Schnittstelle (37) zur auswechselbaren Anordnung eines Prozessadapters (38, 39, 40) und mit einer Steuerungseinrichtung (29) zur Ansteuerung des Bearbeitungskopfes (31) und des Laserstrahls (32), wobei in der Aufnahmevorrichtung (36) für jeden anschließbaren Prozessadapter (38, 39, 40) zumindest eine Mediendurchführung (52 - 60) vorgesehen ist, welche sich von der Drehübertragungseinrichtung (34) bis zur Schnittstelle (37) für den Prozessadapter (38, 39, 40) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf für eine Bearbeitungsmaschine, in welcher eine Bearbeitung eines Materials zumindest mit einem Laserstrahl erfolgt, sowie eine Bearbeitungsmaschine, welche einen solchen Bearbeitungskopf aufweist und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materials mit zumindest einem Laserstrahl in einer Bearbeitungsmaschine.
Aus der EP 1 602 438 B1 ist eine Bearbeitungsmaschine bekannt, welche ein plattenförmiges Material mit einem Laserstrahl bearbeitet. Zur Materialbearbeitung wird ein am Bearbeitungskopf angeordneter Prozessadapter eingesetzt, der als Schweißbrenner mit einer Schweißdüse ausgebildet ist. Die Bearbeitungsmaschine umfasst ein Magazin, in welchem mehrere Schweißbrenner bevorratet sind sowie ein weiteres Magazin, in welchem mehrere Düsen vorgesehen sind. In Abhängigkeit des zu bearbeitenden Materials werden aus dem Magazin die entsprechenden Schweißbrenner und -düsen entnommen, um darauffolgend die Bearbeitung durchzuführen. Diese Laserbearbeitungsmaschine ist somit für nur eine einzige Technologie, nämlich der Technologie des Laserschweißens, ausgerüstet.
Sofern bei dieser Laserbearbeitungsmaschine die Technologie geändert werden soll, beispielsweise vom Laserschweißen auf ein Laserschneiden oder auf ein Pulverauftragsschweißen mit Zuführung von einem pulverförmigen Aufbaumaterial, ist es erforderlich, diese Laserbearbeitungsmaschine durch ein Bedienpersonal manuell umzurüsten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bearbeitungskopf für eine Bearbeitungsmaschine sowie eine Bearbeitungsmaschine als auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Materials in einer Bearbeitungsmaschine vorzuschlagen, so dass ein automatisierter Wechsel zwischen verschiedenen Technologien für die Bearbeitung von einem Material ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Bearbeitungskopf für eine Bearbeitungsmaschine gelöst, der in einer Aufnahmevorrichtung, an welche über eine Schnittstelle verschiedentliche Prozessadapter anschließbar sind, für jeden Prozessadapter zumindest eine Mediendurchführung vorgesehen ist, welche sich von einer Drehübertragungseinrichtung zur Schnittstelle des Prozessadapters erstreckt. Dadurch wird ermöglicht, dass in Abhängigkeit des ausgewählten Prozessadapters die entsprechenden Mediendurchführungen geöffnet und geschlossen bzw. freigegeben und gesperrt werden, so dass für die jeweilige ausgewählte Technologie und passend zum Prozessadapter die Medienzuführung für die nachfolgende Bearbeitung des Materials erfolgen kann. Durch die zumindest eine Mediendurchführung für jeden Prozessadapter in der Aufnahmevorrichtung ist darüber hinaus eine kompakte Anordnung und Ausgestaltung des Bearbeitungskopfes ermöglicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung Anschlusskontakte aufweist, die mit Anschlusskontakten des Prozessadapters beim Verbinden des Prozessadapters an der Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung kontaktierbar sind und von der Steuerungseinrichtung zur Erkennung des Prozessadapters zumindest ein Steuersignal erfassbar ist. Die Anschlusskontakte bilden für jeden Prozessadapter eine Codierung. Dies ermöglicht eine Überprüfung, ob der für die beabsichtigte nachfolgende Technologie zutreffende Prozessadapter aufgenommen und an der Aufnahmevorrichtung vorgesehen ist. Darüber hinaus kann durch die Steuerungseinrichtung eine entsprechende Ansteuerung der Mediendurchführungen erfolgen.
Die Aufnahmevorrichtung umfasst bevorzugt alle Mediendurchführungen, welche für die daran anschließbaren Prozessadapter zu deren Versorgung vorgesehen sind. Dadurch kann eine Kostenreduzierung bei der Montage der Aufnahmevorrichtung an den Bearbeitungskopf ermöglicht sein. Zudem können mehrere Prozessadapter in einfacher Weise daran anschließbar sein, welche mit dem jeweiligen Medium für die Bearbeitung des Materials ansteuerbar sind.
Alle in der Aufnahmevorrichtung vorgesehenen Mediendurchführungen erstrecken sich vorzugsweise bis zur Schnittstelle zum Anschluss des Adapters. Vorzugsweise sind Anschlussöffnungen der Mediendurchführungen in der Ebene der Schnittstelle vorgesehen. Dadurch kann die Zuführung des jeweiligen Mediums nach Anschluss des Prozessadapters unmittelbar in dem Prozessadapter erfolgen.
Jeder Prozessadapter weist bevorzugt eine Anschlussstelle auf, welche mit der Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung verbindbar ist, und an der Anschlussstelle des Prozessadapters sind nur die für den Betrieb des jeweiligen Prozessadapters notwendigen Mediendurchführungen vorgesehen und die weiteren Mediendurchführungen der Aufnahmevorrichtung sind durch die Anschlussplatte geschlossen. Dies ermöglicht einen konstruktiv einfachen Aufbau. Dadurch können beispielsweise einzelne Ventile in der Aufnahmevorrichtung und/oder dem Prozessadapter entfallen.
Die Mediendurchführungen in der Aufnahmevorrichtung werden bevorzugt in Abhängigkeit des angeschlossenen Prozessadapters angesteuert.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung und der Anschlussstelle des Prozessadapters für die jeweilige Mediendurchführung eine Dichtung vorgesehen ist. Dadurch kann im Bereich der Schnittstelle ein seitliches Austreten des Mediums verhindert sein.
Die Aufnahmevorrichtung umfasst bevorzugt eine Umlenkoptik zur Strahlführung des Laserstrahls und benachbart dazu mehrere Mediendurchführungen, deren Ein- und Auslassöffnung in einem Winkel von 180° oder 90° zueinander ausgerichtet sind. Die Aufnahmevorrichtung ist bevorzugt würfelförmig oder rechteckförmig ausgebildet.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mediendurchführungen in der Aufnahmevorrichtung sich als Bohrung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstrecken. Insbesondere bei der Anordnung von der Einlassöffnung und Auslassöffnung in einem Winkel von 90° zueinander kann die Aufnahmevorrichtung als Gussbauteil oder in einem 3-D-Druckverfahren hergestellt sein.
Die Aufnahmevorrichtung weist vorteilhafterweise zumindest eine Mediendurchführung für ein Schneidgas oder Schweißgas oder Schutzgas auf und/oder zumindest eine Mediendurchführung für ein Kühlmedium und/oder zumindest eine Mediendurchführung für ein pulverförmiges Aufbaumaterial und/oder zumindest eine Mediendurchführung für Druckluft. Da in der Aufnahmevorrichtung bevorzugt alle der vorgenannten Mediendurchführungen vorgesehen sind, kann ein Technologiewechsel zwischen einem Laserschneiden, Laserschweißen und einem Pulverauftragsschweißen bzw. selektivem Verfestigen von pulverförmigem Aufbaumaterial in einfacher Weise durch den Wechsel des jeweiligen Prozessadapters erfolgen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass auswechselbare Anordnungen der Prozessadapter an der Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung eine Magnetkupplung oder ein Bajonettverschluss vorgesehen ist. Dadurch sind schnelle Wechsel ermöglicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Prozessadapter und der Schnittstelle der Aufnahmevorrichtung Indexierelemente vorgesehen sind. Dadurch kann eine positionsgenaue Ausrichtung und lagerichtige Anordnung der Prozessadapter an die Aufnahmevorrichtung sichergestellt sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Materials mittels eines Laserstrahls gelöst, welche ein Magazin aufweist, in welchem mehrere Prozessadapter vorgesehen sind und welche einen Bearbeitungskopf umfasst, der nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
Die Bearbeitungsmaschine umfasst bevorzugt einen Bearbeitungskopf, in welchem Versorgungsleitungen vorgesehen sind, wobei die Versorgungsleitungen in dem Bearbeitungskopf mit den Mediendurchführungen der Aufnahmevorrichtung in Verbindung stehen. Dabei kann jeweils eine Versorgungsleitung für jeweils eine Mediendurchführung vorgesehen sein. Auch kann eine Versorgungsleitung mehrere Mediendurchführungen mit einem Medium versorgen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Materials in einer Bearbeitungsmaschine mit zumindest einem Laserstrahl gelöst, bei welchem für die Bearbeitung des Materials der Laserstrahl auf das zu bearbeitende Material gerichtet wird und bei dem in einem Magazin der Bearbeitungsmaschine mehrere Prozessadapter bevorratet werden, bei welchem in dem Bearbeitungskopf mehrere Versorgungsleitungen und der Laserstrahl geführt wird und über eine Drehübertragungseinrichtung an eine Aufnahmevorrichtung geführt werden, wobei in der Aufnahmevorrichtung für jeden anschließbaren Prozessadapter zumindest eine Mediendurchführung vorgesehen ist, welche sich von der Drehübertragungseinrichtung zur Schnittstelle des Prozessadapters erstreckt und in Abhängigkeit der zur Bearbeitung des Materials ausgewählten Technologie durch die Steuereinrichtung der Prozessadapter ausgewählt und die für die Technologie erforderlichen Versorgungsleitungen und Mediendurchführungen angesteuert werden. Dies ermöglicht einen vollautomatischen Wechsel zwischen zwei Technologien, wie beispielsweise dem Laserschweißen und Laserschneiden oder dem Laserschweißen und Pulverauftragsschweißen oder dem Laserschneiden und Pulverauftragsschweißen. Zum einen wird der entsprechende Prozessadapter aus dem Magazin entnommen und an den Bearbeitungskopf angeschlossen und zum anderen werden die für die Technologie erforderlichen Mediendurchführungen versorgt, um diese Bearbeitung des Materials durchzuführen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei einem Wechsel in der Technologie zur Bearbeitung des Materials die Versorgungsleitungen und/oder die Mediendurchführungen gespült und/oder geschlossen werden und der Prozessadapter im Magazin abgelegt wird, so dass darauffolgend der zur neu ausgewählten Technologie passende Prozessadapter aus dem Magazin ausgewählt und mit der Aufnahmevorrichtung verbunden wird und die Versorgungsleitungen und Mediendurchführungen für die neu ausgewählte Technologie angesteuert werden. Dadurch können die Nebenzeiten für einen solchen Prozessadapterwechsel erheblich reduziert werden, wodurch die Produktivität erhöht wird. Bevorzugt wird das Magazin bei einem Prozessadapterwechsel mit leichtem Überdruck gespült, um Verschmutzungen beim Wechsel auszuschließen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass bei einem Wechsel des Prozessadapters durch die Steuerungseinrichtung der neu aufgenommene Prozessadapter überprüft wird. Diese Überprüfung kann unmittelbar bei der Entnahme in dem Magazin oder während einer Verfahrbewegung von dem Magazin zur Bearbeitungsstelle erfolgen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass durch die Steuerungseinrichtung ein Wechsel zwischen den Technologien Laserschweißen, Laserschneiden und Pulverauftragsschweißen angesteuert wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass für die Technologie Laserschweißen die Versorgungsleitungen und Mediendurchführungen zum Zuführen von Schweißgas, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Helium, geöffnet werden. Des Weiteren wird eine Versorgungsleitung für ein Schutzgas, wie beispielsweise Druckluft, Stickstoff oder Argon, als sogenannter Cross-Jet zugeführt. Die Strömung des Cross-Jet ist bevorzugt rechtwinklig zur Austrittsöffnung des Laserstrahls ausgerichtet bzw. parallel zum plattenförmigen Material.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass für die Technologie Laserschneiden die Versorgungsleitungen und Mediendurchführungen für ein Schneidgas angesteuert und freigegeben wird und die weiteren Versorgungsleitungen geschlossen sind. Als Schneidgas wird bevorzugt Stickstoff, Sauerstoff oder Druckluft zugeführt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass für die Technologie Pulverauftragsschweißen die Versorgungsleitungen und Mediendurchführungen für die Zuführung des pulverförmigen Aufbaumaterials für Schutzgas und vorzugsweise für die Zu- und Abführung von einem Kühlmedium angesteuert und die weiteren Mediendurchführungen geschlossen werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zum Ablegen des Prozessadapters im Magazin Versorgungsleitungen, vorzugsweise zwei Versorgungsleitungen, mit einem Druckluftimpuls beaufschlagt werden, um ein Ablegen des Prozessadapters sicherzustellen, sofern noch eine Resthaltekraft durch die Magnetkupplung gegeben sein sollte.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungsmaschine,
2 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungseinrichtung zur Ansteuerung eines Bearbeitungskopfes,
3 eine schematische Seitenansicht des Bearbeitungskopfes mit einer Aufnahmevorrichtung,
4 eine perspektivische Ansicht von in einem Magazin gespeicherten Prozessadaptern,
5 eine schematische Schnittansicht der Aufnahmevorrichtung gemäß 3,
6 eine schematische Ansicht von unten auf die Aufnahmevorrichtung gemäß 3,
7 eine schematische Ansicht auf eine Anschlussstelle des Prozessadapters Laserschneiden,
8 eine schematische Ansicht auf eine Anschlussstelle des Prozessadapters Laserschweißen, und
9 eine schematische Ansicht auf eine Anschlussstelle des Prozessadapters Pulverauftragsschweißen.

In 1 ist eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer Bearbeitungsmaschine 11 für die Bearbeitung eines Werkstücks 24 dargestellt. Die Bedienung der Bearbeitungsanlage 1 erfolgt über ein Bedienpult 5, beispielsweise über die Erstellung und Einstellung von NC-Programmen, die spezifisch auf Werkstücke 24 und deren Bearbeitung abgestimmte Arbeitsabläufe festlegen. Ein zum Beispiel rückseitig der Bearbeitungsanlage 1 angeordneter Schaltschrank 8 erfasst als Teil einer Steuerungseinrichtung 29 der Bearbeitungsmaschine 1 die dazugehörige Maschinensteuerung, eine elektrische Versorgung von Antrieben sowie Logik- und Leistungsteile auf.
Diese Bearbeitungsmaschine 1 umfasst eine Laserquelle 6, welche zur Erzeugung von Laserstrahlen dient. Vorteilhafterweise ist ein Festkörperlaser vorgesehen. Über eine Strahlführung 22 (2) kann ein Laserstrahl von der Laserquelle 6 zum Werkstück 24 geführt werden. Beispielsweise kann dies über Laserlichtkabel und/oder Spiegel erfolgen. Des Weiteren kann ein Kühlaggregat 9 für die Laserquelle 6 vorgesehen sein, welche für die Kühlung optischer Bauelemente, wie Umlenk- oder Kollimationsspiegel und des Schaltschrankes 8, dient. Eine Schutzkabine 10 dient der Abschirmung von Laserstrahlung nach außen. In 1 ist zur Einsichtnahme die Dachverkleidung der Schutzkabine 10 nicht dargestellt.
Weitere Komponenten der Bearbeitungsanlage 1 können beispielsweise einen Rotationswechsler 13 zum Halten von zu bearbeitenden Werkstücken und zum leichten Entnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken, einen Kompaktentstauber 15 zur Absaugung von Rauchgasen und Schwebteilen aus dem Innenraum, einen Schrottförderer 17 sowie integrierte, nicht gezeigte Elemente für die Pneumatik sowie für die Zentralschmierung umfassen. Des Weiteren ist eine Schneidgasversorgung, Schweißversorgung, Druckluftversorgung und eine Versorgung für ein pulverförmiges Aufbaumaterial zum Pulverschweißen 18, 20 vorgesehen, um den Bearbeitungskopf 11 zu versorgen. Ferner kann ein Lichtgitter 19 an einen externen Zugangsbereich zum Rotationswechsler 13 abgrenzen.
Ein durch die Steuerungseinrichtung 29 kontrollierter Arbeitsablauf erlaubt die Bearbeitung des Werkstücks 24 auf eine vorbestimmte Art und Weise unter Zusammenwirkung der verschiedensten Komponenten dieser Bearbeitungsmaschine 11.
Die 2 zeigt schematisch den Aufbau der Bearbeitungsmaschine 11 im Innenraum der Schutzkabine 10. Der Bearbeitungskopf 31 wird durch eine Bewegungseinrichtung 25 verfahren. Diese Bewegungseinrichtung 25 kann beispielsweise ein Linearachsensystem mit X-, Y- und Z-Schlitten 26, 27, 28 und eine Drehübertragungseinrichtung 34 zur Bewegung eines Prozessadapters 38, 39, 40 relativ zum Werkstück 24 umfassen. Des Weiteren können Faltenbälge 84, 85, 86 entsprechende Leitungen und mechanische Komponenten abdecken. Alternativ kann als Bewegungseinrichtung 25 auch ein mehrachsiger Roboter vorgesehen sein. Auch eine kombinierte Ausgestaltung für eine Bewegungseinrichtung 25 ist möglich.
Das Werkstück 24 ist in der Ausführung gemäß 2 aufgrund einer Spanntechnik ortsfest auf einer Werkstückauflage 23 gelagert, so dass die Bearbeitung von oben erfolgen kann. In alternativen Ausführungsformen kann das Werkstück 24 ebenfalls oder nur das Werkstück 24 im Raum bewegbar sein. Diese Bearbeitungsmaschine 11 ist geeignet, sowohl ebene Bleche wie auch dreidimensionale, variabel geformte Werkstücke 24, wie beispielsweise umgeformte Bleche, schneidend, schweißend, erwärmend oder durch Pulverauftragsschweißen zu bearbeiten.
In 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Bearbeitungskopfes 31 zur Führung des Laserstrahls 32 auf das zu bearbeitende Material dargestellt. Dieser Bearbeitungskopf 31 umfasst ein Gehäuse 33, an welches eine Drehübertragungseinrichtung 34 angeschlossen ist. An diese Drehübertragungseinrichtung 34 ist eine Aufnahmevorrichtung 36 befestigt. Diese Aufnahmevorrichtung 36 weist eine Schnittstelle 37 auf, an welcher auswechselbare Prozessadapter 38, 39, 40 (4) anschließbar sind. Der Laserstrahl 32 wird durch das Gehäuse 33, die Drehübertragungseinrichtung 34 und die Aufnahmevorrichtung 36 hindurchgeführt und/oder umgelenkt, so dass der Laserstrahl 32 durch den Prozessadapter 38, 49, 40 hindurchgeführt wird und aus dem Prozessadapter 38, 39, 40 in Richtung auf das zu bearbeitende Material austritt.
Die Drehübertragungseinrichtung 34 nimmt die Aufnahmevorrichtung 36 um eine schwenkbare Achse 35 schwenkbar auf.
Der Bearbeitungskopf 31 kann zur Aufnahme von Prozessadaptern 38, 39, 40 ausgebildet sein, um einen Wechsel von wenigstens zwei Technologien zu ermöglichen. Im Ausführungsbeispiel ist ein Bearbeitungskopf 31 dargestellt, der einen Wechsel zwischen den drei Technologien Laserschneiden, Laserschweißen und Pulverauftragsschweißen ermöglicht. Hierfür werden bevorzugt in dem Gehäuse 33 des Bearbeitungskopfes 31 folgende Versorgungsleitungen vorgesehen.
In dem Bearbeitungskopf 31 ist zumindest eine Versorgungsleitung 73 als elektrische Versorgungsleitung, Signalleitung und/oder Steuerleitung vorgesehen. Eine Versorgungsleitung 73 dient zur Erkennung des angeschlossenen Prozessadapters 38, 39, 40 und ggf. zur Ansteuerung einer Magnetkupplung 77. Des Weiteren können Versorgungsleitungen 73 für den Drehachsenmotor, für ein Temperatursignal und weitere Komponenten, Sensoren oder dergleichen vorgesehen sein.
Für die Technologie Laserschneiden wird eine Versorgungsleitung 64 mit einem Schneidgas beaufschlagt.
Für die Technologie Laserschweißen wird die Versorgungsleitung 64 mit einem Schneidgas für eine Crossjet-Düse und eine Versorgungsleitung 65 mit einem Schweißgas beaufschlagt.
Für die Technologie Pulverauftragsschweißen werden Versorgungsleitungen 66 und 67 geöffnet, um ein Kühlmedium durchzuführen. Beispielsweise ist die Versorgungsleitung 66 für den Vorlauf und die Versorgungsleitung 67 für den Rücklauf vorgesehen. Des Weiteren werden ein bis drei Versorgungsleitungen 68, 69, 70 geöffnet, um ein pulverförmiges Aufbaumaterial zuzuführen. Des Weiteren wird die Versorgungsleitung 64 geöffnet, um ein Trägergas zuzuführen.
In dem Bearbeitungskopf 31 ist zumindest eine weitere Versorgungsleitung 71 vorgesehen, welche mit Druckluft beaufschlagt wird. Dies dient beispielsweise dazu, um einem Wechsel des Prozessadapters 38, 39, 40 ein Abstoßen des Prozessadapters 38, 39, 40 von der Schnittstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 zu erzielen.
Die Versorgungsleitungen 64 - 73 gehen in Mediendurchführungen 52 - 61 über, welche in der Aufnahmevorrichtung 36 vorgesehen sind.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Magazins 41 dargestellt, welches an oder in der Bearbeitungsmaschine 11 vorgesehen ist. Beispielsweise sind drei voneinander abweichende Prozessadapter vorgesehen. Der Prozessadapter 38 ist für die Technologie Laserschneiden vorgesehen. Der Prozessadapter 39 ist für die Technologie Pulverauftragsschweißen ausgebildet. Der Prozessadapter 40 ist für die Technologie Laserschweißen vorgesehen. Diese Prozessadapter 38, 39, 40 sind in einem Magazin 41 vorgesehen, welches eine staubdichte Abschirmung, beispielsweise durch einen Überdruck mit einem Spülgas oder Sperrgas, zum Schutz für die Optik in den Prozessadaptern 38, 39, 40 aufweist.
Die Prozessadapter 38, 39, 40 umfassen eine Anschlussstelle 42, welche zur Aufnahme an der Aufnahmevorrichtung 36 an der Schnittstelle 37 anliegen. Zur Indexierung der Prozessadapter 38, 39, 40 sind die Indexierelemente 43, wie beispielsweise Kegelstifte, vorgesehen. Dadurch kann eine lagerichtige Ausrichtung des Prozessadapters 38, 39, 40 zur Aufnahmevorrichtung 36 erfolgen.
In 5 ist eine schematische Schnittansicht der Aufnahmevorrichtung 36 vorgesehen. Die Aufnahmevorrichtung 36 umfasst einen zentralen Durchgang 46 für den Laserstrahl 32. An einer Anschlussfläche 47 der Aufnahmevorrichtung 36, durch welche die Aufnahmevorrichtung 36 an der Drehübertragungseinrichtung 34 fixiert wird, kann ein Schutzglas 48 vorgesehen sein. Im Ausgang des zentralen Durchgangs 46 und der Schnittstelle 37 zugeordnet ist bevorzugt eine Fokussierlinse 50 und/oder ein Schutzgas 48 vorgesehen. Dazwischenliegend ist eine Strahlumlenkung 49, insbesondere ein Umlenkspiegel, vorgesehen.
In der Schnittstelle 37 ist beispielsweise eine Vertiefung 51 vorgesehen, in welche die Indexierelemente 43 des Prozessadapters 38, 39, 40 eingreifen. Des Weiteren zeigt die Schnittansicht beispielhaft eine von mehreren Mediendurchführungen 52 - 60, welche sich von der Anschlussfläche 47 bis zur Schnittstelle 37 erstrecken. Im Ausführungsbeispiel sind die Anschlussfläche 47 und die Schnittstelle 37 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Die Anschlussstelle 47 als auch die Schnittstelle 37 sind bevorzugt als eine ebene Anschlussfläche ausgebildet. Die Mediendurchführungen 52 - 60 sind beispielsweise als Bohrung ausgebildet und können einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Auch können zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Bohrungsabschnitte vorgesehen sein.
Die Mediendurchführungen 52 - 60 sind bevorzugt um den zentralen Durchgang 46 verteilt vorgesehen, wie dies aus der Ansicht auf die Schnittstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 gemäß 5 hervorgeht.
In 6 ist eine Ansicht auf die Schnittstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 dargestellt. In der Schnittstelle 37 sind beispielsweise drei Vertiefungen 51 verteilt zueinander angeordnet, um eine zentrische und lagerichtige Aufnahme der Prozessadapter 38, 39, 40 zu ermöglichen. Des Weiteren ist in der Schnittstelle 37 ein Feld mit Anschlusskontakten 75 vorgesehen. Diese Anschlusskontakte 75 sind korrespondierend in der Anschlussfläche 47 der Prozessadapter 38, 39, 40 (7 bis 9) vorgesehen.
In der Schnittstelle 37 liegen die Anschlussöffnungen der Mediendurchführungen 52 - 60. Eine Mediendurchführung 52 ist für die Zuführung eines Schneidgases, welches für die Technologie aller Prozessadapter 38, 39, 40 erforderlich ist.
Des Weiteren ist eine Mediendurchführung 53 vorgesehen, um ein Schweißgas für den Prozessadapter 40 zuzuführen.
Des Weiteren sind beispielsweise drei Mediendurchführungen 54, 55, 56 vorgesehen, um ein Aufbaumaterial, insbesondere Pulver, für den Prozessadapter 39 für das Pulverauftragsschweißen zuzuführen.
Des Weiteren sind die Mediendurchführungen 57, 58 vorgesehen, um ein Kühlmedium zu- und abzuführen. Darüber hinaus können ein oder mehrere Mediendurchführungen 59, 60 vorgesehen sein. Über diese Mediendurchführungen 59, 60 kann Druckluft für das Abstoßen des Prozessadapters 38, 39, 40 beim Wechsel zugeführt werden.
Des Weiteren ist beispielhaft in der Anschlussstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 ein Teil einer Magnetkupplung 77 vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine Spule 78 mit einem Magnetkern handeln, welches bei einer Bestromung eines magnetisierbaren Stahlrings 76 in der Anschlussstelle 47 der Prozessadapter 38, 39, 40 anzieht.
Die jeweiligen Versorgungsleitungen 64 - 72 münden in die jeweiligen Mediendurchführungen 52 - 60 und stehen mit diesen in Verbindung. Mittels der Steuerungseinrichtung 29 können die jeweiligen Versorgungsleitungen 64 - 72 angesteuert werden, wodurch dementsprechend auch die Mediendurchführungen 52 - 60 mit dem entsprechenden Medium beaufschlagt werden. Die Anschlusskontakte 75 stehen mit der elektrischen Leitung/Signalleitung und/oder Steuerleitung als Mediendurchführung in der Aufnahmevorrichtung 36 mit der zumindest einen Versorgungsleitung 73 im Bearbeitungskopf 31 in Verbindung.
In 7 ist eine schematische Ansicht auf die Anschlussstelle 42 des Prozessadapters 38 dargestellt, der beim Laserschneiden eingesetzt wird. In der Anschlussstelle 42 ist eine Mediendurchführung 52 vorgesehen, welche in der Lage und der Größe der Mediendurchführung 52 an der Schnittstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 entspricht. Nach dem Anschluss des Prozessadapters 38 an die Schnittstelle 37 werden alle Mediendurchführungen 53 - 60 durch die Anschlussstelle 42 geschlossen mit Ausnahme der Mediendurchführung 52 für das Schneidgas an der Schnittstelle 37. Somit kann eine einfache Ansteuerung und Versorgung des Prozessadapters 38 mit einem Schneidgas erfolgen.
In 8 ist eine schematische Ansicht auf die Anschlussstelle 42 des Prozessadapters 40 für das Laserschweißen vorgesehen. In der Anschlussstelle 42 befindet sich die Mediendurchführung 52 für das Schneidgas (Crossjet) und die Mediendurchführung 53 für das Schweißgas.
Die weiteren Öffnungen an der Schnittstelle 37 der Aufnahmevorrichtung 36 werden durch die Anschlussstelle 42 des Prozessadapters 40 geschlossen, da keine korrespondierende Öffnung in der Anschlussstelle 42 des Prozessadapters vorhanden ist.
In 9 ist die Anschlussstelle 42 des Prozessadapters 39 für das Pulverauftragsschweißen dargestellt. In der Anschlussstelle 42 ist die Mediendurchführung 52 vorgesehen, durch welche ein Trägergas hindurchgeführt wird. Des Weiteren sind die Mediendurchführungen 57, 58 vorgesehen, um den Prozessadapter 39 zu kühlen. Des Weiteren umfasst der Prozessadapter 39 die drei Mediendurchführungen 54, 55, 56 zur Zuführung des Aufbaumaterials.
Die weitere an der Schnittstelle 37 vorgesehene Mediendurchführung 53 der Aufnahmevorrichtung 36 wird durch die Anschlussstelle 42 nach dem Verbinden des Prozessadapters 39 mit der Aufnahmevorrichtung 36 geschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1602438 B1 [0002]

Claims

Bearbeitungskopf für eine Bearbeitungsmaschine (11), in welcher eine Bearbeitung eines Materials zumindest mit einem Laserstrahl (32) erfolgt, in welchem mehrere Versorgungsleitungen (65 - 73) und der Laserstrahl (32) geführt sind, mit einer an dem Bearbeitungskopf (31) angeschlossenen Drehübertragungseinrichtung (34) und mit einer an die Drehübertragungseinrichtung (34) angeordneten Aufnahmevorrichtung (36), mit einer Schnittstelle (37) zur auswechselbaren Anordnung eines Prozessadapters (38, 39, 40) und mit einer Steuerungseinrichtung (29), welche zur Ansteuerung des Bearbeitungskopfes (36) und des Laserstrahls (32) mit dem Bearbeitungskopf (31) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmevorrichtung (36) für jeden anschließbaren Prozessadapter (38, 39, 40) zumindest eine Mediendurchführung (52 - 60) vorgesehen ist, welche sich von der Drehübertragungseinrichtung (34) bis zur Schnittstelle (37) für den Prozessadapter (38, 39, 40) erstreckt.
Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (37) der Aufnahmevorrichtung (36) Anschlusskontakte (75) aufweist, die mit Anschlusskontakten (75) des Prozessadapters (38, 39, 40) beim Anschließen des Prozessadapters (38, 39, 40) an die Schnittstelle (37) der Aufnahmevorrichtung (36) kontaktierbar sind und vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung (29) zur Erkennung des Prozessadapters (38, 39, 40) ein Steuersignal von dem angeschlossenen Prozessadapter (38, 39, 40) erfassbar ist.
Bearbeitungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmevorrichtung (36) alle Mediendurchführungen (52 - 60) vorgesehen sind, welche für die daran anschließbaren Prozessadapter (38, 39, 40) zu deren Versorgung vorgesehen sind.
Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mediendurchführungen (52 - 60) in der Aufnahmevorrichtung (36) sich bis zur Schnittstelle (37) zum Anschluss des Prozessadapters (38, 39, 40) erstrecken und vorzugsweise Anschlussöffnungen der Mediendurchführungen (52 - 60) in der Ebene der Schnittstelle (37) liegen.
Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Prozessadapter (38, 39, 40) eine Anschlussstelle (42) aufweist, welche mit der Schnittstelle (37) der Aufnahmevorrichtung (36) verbindbar ist und in der Anschlussstelle (42) sich nur die für den Betrieb des angeschlossenen Prozessadapters (38, 39, 40) notwendigen Mediendurchführungen (52 - 60) vorgesehen sind und die weiteren Mediendurchführungen (52 - 60) der Aufnahmevorrichtung (36) durch die Anschlussplatte (42) geschlossen sind.
Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendurchführungen (52 - 60) durch die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit des angeschlossenen Prozessadapters (38, 39, 40) ansteuerbar sind.
Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schnittstelle (37) und der Aufnahmevorrichtung (36) und der Anschlussstelle (42) des Prozessadapters (38, 39, 40) für die Mediendurchführungen (52 - 60) zumindest eine Dichtung vorgesehen ist.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (36) einen zentralen Durchgang (64) aufweist, in welchem zumindest eine Strahlumlenkung (49) für den Laserstrahl (32) vorgesehen ist und benachbart dazu die Mediendurchführungen (52 - 60) angeordnet sind.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (36) eine Anschlussfläche (47) mit Einlassöffnungen und die Schnittstelle (37) mit Auslassöffnungen umfasst, die in einem Winkel von 90° oder in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet sind.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mediendurchführungen (52 - 60) in der Aufnahmevorrichtung (36) als Bohrungen zwischen der Anschlussfläche (47) und der Schnittstelle (37) erstrecken.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Mediendurchführung (52, 53) für Schneidgas oder Schweißgas oder Schutzgas und/oder zumindest eine Mediendurchführung (57, 58) für ein Kühlmedium und/oder zumindest eine Mediendurchführung (54, 55, 56) für ein pulverförmiges Aufbaumaterial und/oder zumindest eine Mediendurchführung (59, 60) für Druckluft vorgesehen ist.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur auswechselbaren Anordnung des Prozessadapters (38, 39, 40) an der Schnittstelle (37) der Aufnahmevorrichtung (36) eine Magnetkupplung (77) oder ein Bajonettverschluss vorgesehen ist.
Bearbeitungskopf einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Prozessadapter (38, 39, 40) und der Schnittstelle (37) der Aufnahmevorrichtung (36) Indexierelemente (43), insbesondere Kegelstifte, vorgesehen sind.
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Materials mittels eines Laserstrahls (32), mit einem Magazin (41), in welchem mehrere Prozessadapter (38, 39, 40) vorgesehen sind, mit einem Bearbeitungskopf (31), entlang dem der Laserstrahl (32) und mehrere Versorgungsleitungen (64 - 73) geführt sind und mit einer am Bearbeitungskopf (31) angeschlossenen Drehübertragungseinrichtung (34), an welcher eine Aufnahmevorrichtung (36) mit einer Schnittstelle (37) zur auswechselbaren Anordnung von einem Prozessadapter (38, 39, 40) vorgesehen ist und mit einer Steuerungseinrichtung (29), durch welche zumindest die Versorgungsleitungen (64 - 73) und der Laserstrahl (32) ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (64 - 73) in dem Bearbeitungskopf (31) mit den Mediendurchführungen (52 - 60) mit der Aufnahmevorrichtung (36) kommunizieren.
Verfahren zur Bearbeitung eines Materials in einer Bearbeitungsmaschine (11), bei welcher für die Bearbeitung des Materials der Laserstrahl (37) auf das zu bearbeitende Material gerichtet wird, bei dem in einem Magazin (41) der Bearbeitungsmaschine (11) mehrere Prozessadapter (38, 39, 40) angeordnet sind, bei welchem im Bearbeitungskopf (31) mehrere Versorgungsleitungen (64 - 73) und der Laserstrahl (32) geführt werden, wobei am Bearbeitungskopf (31) eine Drehübertragungseinrichtung (34) angeordnet ist, an der eine Aufnahmevorrichtung (36) mit einer Schnittstelle (37) zur auswechselbaren Anordnung des Prozessadapters (38, 39, 40) vorgesehen ist und bei dem mit einer Steuerungseinrichtung (29) die Versorgungseinleitungen (64 - 73) und der Laserstrahl (32) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der zur Bearbeitung des Materials ausgewählten Technologie durch die Steuerungseinrichtung (29) der Prozessadapter (38, 39, 40) ausgewählt und die für die ausgewählte Technologie erforderlichen Versorgungsleitungen (64 - 73) und Mediendurchführungen (52 - 60) in der Aufnahmevorrichtung (36) angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechsel in der Technologie zur Bearbeitung des Materials die Versorgungsleitungen (64 - 73) und/oder die Mediendurchführungen (52 - 60) geprüft und/oder geschlossen werden und der Prozessadapter (38, 39, 40) im Magazin (41) abgelegt wird, dass darauffolgend der zur neu ausgewählten Technologie passende Prozessadapter (38, 39, 40) aus dem Magazin (41) ausgewählt und mit der Aufnahmevorrichtung (36) verbunden wird und die Versorgungsleitungen (64 - 73) und die Mediendurchführungen (52 - 60) für die neu ausgewählte Technologie angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungseinrichtung (29) nach dem Wechsel des Prozessadapters (38, 39, 40) der neu aufgenommene Prozessadapter (38, 39, 40) überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungseinrichtung (29) ein Wechsel zwischen den Technologien Laserschweißen, Laserschneiden und/oder Pulverauftragsschweißen angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Technologie Laserschweißen die Mediendurchführung (53) und Versorgungsleitung (65) zum Zuführen von Schweißgas und vorzugsweise die Mediendurchführung (52) und die Versorgungsleitung (64) für das Schneidgas zur Ansteuerung einer Crossjet-Düse angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Technologie Laserschneiden die Mediendurchführung (52) und Versorgungsleitung (64) zur Zuführung des Schneidgases angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Technologie Pulverauftragsschweißen die Mediendurchführungen (52) und Versorgungsleitung (64) für das Trägergas und die Mediendurchführungen 54, 55, 56) und Versorgungsleitungen (68, 69, 70) für das pulverförmige Aufbaumaterial und die Mediendurchführungen (57, 58) und Versorgungsleitungen (66, 67) für das Kühlmedium angesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ablegen des Prozessadapters (38, 39, 40) im Magazin (41) die Versorgungsleitungen (71, 72), welche mit Druckluft beaufschlagt sind, angesteuert werden.