DE102020207232B4 - Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung (1) mit:- einer Lasereinheit (2), bei der während eines Schweiß- oder Lötprozesses ein Laserstrahl zum Aufschmelzen oder Erwärmen eines Werkstückes (W) abgestrahlt wird, und mit- einer Schutzeinheit (3) zum Schutz der Lasereinheit (2), wobei durch die Schutzeinheit (3) Druckluft über eine Druckluft-Zuleitung (6) zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung (7) derart abgeführt wird, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung (CJ) erzeugt wird, die Schweißrauch und/oder Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit (2) abtransportiert, wobei durch eine Regelungseinheit (9) der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung (1) die über die Druckluft-Zuleitung (6) erfolgende Druckluftzufuhr in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung (7) erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis mindestens einer gespeicherten Kennlinie (KL) geregelt wird, wobei die Kennlinie (KL) in einem Datenspeicher (10) gespeichert ist und einen Zufuhrdruck und/oder eine Strömungsmenge der über die Druckluft-Zuleitung (6) zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Abluftdruckes und/oder einer Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung (7) abgeführten Druckluft angibt, wobei für unterschiedliche Materialien des zu bearbeitenden Werkstückes (W) zugehörige Kennlinien (KL)in dem Datenspeicher (10) gespeichert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung und insbesondere eine Schutzeinheit zum Schutz einer Lasereinheit einer derartigen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung.
  • Die DE 200 80 266 U1 beschreibt eine Vorrichtung für einen Laser Hybrid-Schweißprozess mit einem Laser, welcher einen Laserstrahl zum Aufschmelzen oder Erwärmen eines Werkstückes abstrahlt. Eine Schutzeinheit dient zum Schutz des Lasers, wobei Druckluft zur Erzeugung einer quer zu dem Laserstrahl gerichteten Luftströmung, welche Schweißrauch und/oder Schweißspritzer abtransportiert, zu- und abgeführt wird.
  • Die KR 10 2008 075 613 A beschreibt ebenfalls eine Schutzeinheit zum Schutz einer Lasereinheit bei der Druckluft zur Erzeugung einer quer zu einem Laserstrahl gerichteten Luftströmung verwendet wird, wobei eine Druckluftzufuhr in Abhängigkeit einer gemessenen Druckluftabfuhr mittels eines Ventils geregelt wird.
  • Die JP 2020-075 278 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung eine Strömungsrate für ein Hilfsgas bei einer Laservorrichtung.
  • Eine Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung verfügt über eine Lasereinheit, bei der während eines Schweißprozesses ein Laserstrahl zum Aufschmelzen oder Erwärmen eines Werkstückes abgestrahlt wird. Während des Schweißprozesses können Schweißrauch oder Schweißspritzer entstehen. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtungen weisen daher eine Schutzeinheit zum Schutz der Lasereinheit auf, wobei durch einen quer zu dem Laserstrahl gerichteten Luftstrom bzw. Crossjet der Schweißrauch und/oder die Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit abtransportiert werden. Zur Erzeugung der schützenden Luftströmung wird der Schutzeinheit über eine Druckluft-Zuleitung Druckluft zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung derart abgeführt, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung erzeugt wird. Bei herkömmlichen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtungen erfolgt die Druckluftzufuhr allerdings ungeregelt, sodass es zu unterschiedlichen Problemen kommen kann. Wird die Druckluft mit einem zu hohen Druck zugeführt, führt dies zu einem unnötig hohen Verbrauch der Druckluft sowie zu lauten Geräuschen während des Schweißprozesses. Darüber hinaus kann es aufgrund des zu hohen Druckes der zugeführten Druckluft zu Verwirbelungen bei einem Schutzgas kommen. Diese Verwirbelungen führen zu ungewollten Poren an der hergestellten Schweißnaht. Ist umgekehrt der Druck der zugeführten Druckluft zu gering, bietet die quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung zu wenig Schutz für die Laseroptik der Lasereinheit. Beispielsweise können Schweißspritzer während des Schweißprozesses in die Laseroptik der Lasereinheit gelangen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und Druckluft in optimaler Menge und mit optimalem Druck zur Erzeugung der schützenden Luftströmung bereitstellt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft demnach eine Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung mit:
    • einer Lasereinheit, die während eines Schweißprozesses einen Laserstrahl zum Aufschmelzen oder Erwärmen eines Werkstückes bereitstellt und mit
    • einer Schutzeinheit zum Schutz der Lasereinheit, wobei durch die Schutzeinheit Druckluft über eine Druckluft-Zuleitung zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung derart abgeführt wird, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung erzeugt wird, die Schweißrauch und/oder Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit abtransportiert,
    • wobei durch eine Regelungseinheit der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung die über die Druckluft-Zuleitung erfolgende Druckluftzufuhr in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis mindestens einer gespeicherten Kennlinie geregelt wird.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist die Kennlinie in einem Datenspeicher der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung gespeichert wobei die Kennlinie (KL) in einem Datenspeicher der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung gespeichert ist und einen Zufuhrdruck und/oder eine Strömungsmenge der über die Druckluft-Zuleitung zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Abluftdruckes und/oder einer Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung abgeführten Druckluft angibt, wobei für unterschiedliche Materialien des zu bearbeitenden Werkstückes (W) zugehörige Kennlinien (KL)in dem Datenspeicher der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung gespeichert sind.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung gibt die in dem Datenspeicher gespeicherte Kennlinie einen Zufuhrdruck und/oder eine Strömungsmenge der über die Druckluft-Zuleitung zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Abluftdruckes und/oder einer Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung abgegebenen Druckluft an.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung strömt die Luftströmung von einer Öffnung der Druckluft-Zuleitung zu einer Öffnung der Druckluft-Ableitung mit Überschallgeschwindigkeit durch eine Ausnehmung einer Luftströmungs-Leitvorrichtung, wobei durch die Ausnehmung der von der Lasereinheit abgegebene Laserstrahl hindurchstrahlt.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung wird über die Druckluft-Ableitung Luft durch eine Absaugeinheit abgesaugt.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist eine der in dem Datenspeicher gespeicherten Kennlinien über eine Nutzerschnittstelle durch einen Nutzer auswählbar.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist an dem zu bearbeitenden Werkstück eine Identifizierung angebracht, welche durch eine Erkennungseinheit zur Erkennung des Werkstückes und/oder des Materials des Werkstückes erfassbar ist.
  • Bei einer möglichen Ausführungsvariante umfasst die Identifizierung einen an dem Werkstück angebrachten QR-Code.
  • Alternativ kann die Identifizierung auch mittels RFID erfolgen.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung wird eine in dem Datenspeicher gespeicherte Kennlinie automatisch in Abhängigkeit des erkannten Werkstückes und/oder des erkannten Materials des Werkstückes aus dem Datenspeicher durch die Regelungseinheit ausgelesen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung wird durch die Regelungseinheit der Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Strömungswiderstandes der Druckluft-Zuleitung und/oder der Druckluft-Ableitung geregelt.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist ein Schweißbrenner vorgesehen, der eine Drahtzuführeinheit aufweist, welche während des Schweißprozesses einen Schweißdraht zuführt.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen MIG/MAG-Schweißprozess auf.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen TIG/WIG-Schweißprozess auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen Doppeldraht-Schweißprozess auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen Laser-Kaltdraht-Löt- oder Schweißprozess auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen Laser-Heißdraht-Löt- oder Schweißprozess auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung weist der Schweißprozess einen Laserschweißprozess ohne Lichtbogen auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung regelt die Regelungseinheit den Zufuhrdruck der über die Druckluft-Zuleitung zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines während des Schweißprozesses erfolgten Energieeintrages und/oder einer Drahtvorschubgeschwindigkeit eines zugeführten Schweißdrahtes.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist die Luftströmungs-Leitvorrichtung in einem vorgegebenen Abstand vorzugsweise in möglichst geringem Abstand unterhalb der Lasereinheit oder einer optischen Fokussiereinheit zur Fokussierung des Laserstrahls angeordnet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung ist an der Druckluft-Ableitung ein Drucksensor zur Messung des Abluftdruckes der über die Druckluft-Ableitung abgeleiteten Druckluft und/oder ein Strömungssensor zur Messung der Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung pro Zeit abgeleiteten Menge an Druckluft vorgesehen.
  • Eine Schutzeinheit dient zum Schutz einer Lasereinheit einer Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung, wobei durch die Schutzeinheit Druckluft über eine Druckluft-Zuleitung zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung derart abgeführt wird, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung erzeugt wird, die Schweißrauch und/oder Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit abtransportiert, wobei durch eine Regelungseinheit die über die Druckluft-Zuleitung erfolgte Druckluftzufuhr in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis einer gespeicherten Kennlinie geregelt wird.
  • Im Weiteren wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert.
  • Die beigefügte Figur zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung und insbesondere der darin enthaltenen Schutzeinheit. Die beigefügte Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung, wobei die erfindungsgemäße Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
  • Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 über eine Lasereinheit 2 sowie über eine Schutzeinheit 3 zum Schutz der Lasereinheit 2. Die Schutzeinheit 3 kann aus mehreren verteilten oder integrierten Komponenten bestehen. Beispielsweise können die in der Figur dargestellten Komponenten 4, 9, 10, 13, 15 in einer Einheit integriert sein oder in verschiedenen Einheiten der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 enthalten sein. Bei einer möglichen Ausführungsform befinden sich z.B. die Regelungseinheit 9 und der Datenspeicher 10 in einer Stromquelle der Laser-Hybrid. Schweißvorrichtung 1. Die Lasereinheit 2 strahlt während eines Schweißprozesses einen Laserstrahl ab, der auf ein Werkstück W gerichtet ist, wie in der Figur dargestellt. Dieser Laserstrahl dient zum Aufschmelzen oder Erwärmen des Werkstückes W während des Schweißprozesses. Bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung 1 ist ein Schweißbrenner 16 vorgesehen, der eine Drahtzuführeinheit aufweist, welche während des Schweißprozesses einen Schweißdraht zuführt. Wie in der Figur dargestellt, ist die Schutzeinheit 3 zwischen der Lasereinheit 2 und dem Werkstück W vorgesehen. Durch die Schutzeinheit wird Druckluft über eine Druckluft-Zuleitung 6 zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung 7 derart abgeführt, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung bzw. ein Crossjet CJ erzeugt wird. Diese Luftströmung transportiert Schweißrauch und/oder Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen zum Schutz der Lasereinheit 2 ab. Die über die Druckluft-Zuleitung 6 erfolgende Druckluftzufuhr wird bei der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung 7 erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis mindestens einer gespeicherten Kennlinie geregelt.
  • Die Schutzeinheit 3 weist eine Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 auf. Die schützende Luftströmung strömt von einer Öffnung der Druckluft-Zuleitung 6 zu einer Öffnung der Druckluft-Ableitung 7 durch eine Ausnehmung 8 der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4, wie in der Figur schematisch dargestellt. Durch die Ausnehmung 8 der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 strahlt der von der Lasereinheit 2 abgegebene bzw. abgestrahlte Laserstrahl hindurch auf die Oberfläche des Werkstückes W. Bei einer möglichen Ausführungsform strömt die schützende Luftströmung bzw. der Crossjet CJ mit Überschallgeschwindigkeit durch die Ausnehmung 8 der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4, die den entstehenden Schweißrauch und/oder entstehende Schweißspritzer, welche während des an dem Werkstück W vorgenommenen Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit 2 abtransportiert.
  • Die Schutzeinheit 3 umfasst eine Regelungseinheit 9, welche die über die Druckluft-Zuleitung 6 erfolgende Druckluftzufuhr in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung 7 erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis einer gespeicherten Kennlinie regelt. Die Regelungseinheit 9 hat Zugriff auf einen Datenspeicher 10. In dem Datenspeicher 10 können verschiedene Kennlinien KL gespeichert sein. Jede der Kennlinien KL, welche in dem Datenspeicher 10 der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 gespeichert ist, kann bei einer möglichen Ausführungsform einen Zuführdruck pzu und/oder eine Strömungsmenge mzu der über die Druckluft-Zuleitung 6 zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Abluftdruckes pab- und/oder einer Strömungsmenge mab der über die Druckluft-Ableitung 7 abgeführten Druckluft angeben. Weitere Parameter sind möglich, beispielsweise eine Zuführgeschwindigkeit VD eines Schweißdrahtes oder der Energieeintrag des erzeugten Laserstrahls in das Material des Werkstücks W.
  • Für unterschiedliche Materialien M des zu bearbeitenden Werkstückes W und/oder für unterschiedliche Schweiß- oder Lötprozesse SP können zugehörige Kennlinien KL in dem Datenspeicher 10 der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 gespeichert sein KL(M,SP). Die Selektion einer für ein Material M und eine Prozess SP geeigneten KL kann automatisch und/oder manuell erfolgen. Beispielsweise kann ein Nutzer einen Prozess SP an einem Schweißgerät wählen und das Material M des Werkstückes W wird automatisch erkannt. Alternativ kann der Nutzer auch das Material M manuell auswählen. Die Auswahl der für die Regelung herangezogenen Kennlinien KL kann bei einer möglichen Ausführungsform über eine Nutzerschnittstelle einer Schweißvorrichtung erfolgen. Alternativ kann die Auswahl der verwendeten Kennlinie KL auch automatisch mithilfe einer Erkennungseinheit 11 erfolgen, wie sie schematisch in der beigefügten Figur dargestellt ist. Die Nutzerschnittstelle zur Auswahl einer gespeicherten Kennlinie KL kann beispielsweise an einer Stromquelle des Schweißsystems vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsvariante hat ein Nutzer bzw. Schweißer die Möglichkeit, eine geeignete Kennlinie KL auszuwählen und für den betreffenden Schweißprozess SP zur Regelung der Druckluftzufuhr heranzuziehen. Diese Kennlinie KL kann durch den Nutzer bei einer möglichen Ausführungsform aus einer Gruppe von automatisch anhand des eingestellten Schweißprozesses SP und/oder des erkannten Materials M des Werkstückes W vorselektierten Kennlinien KL über eine Nutzerschnittstelle ausgewählt werden. Die Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 kann eine Erkennungseinheit 11 aufweisen, welche eine Identifizierung ID erfasst. Es kann an dem zu bearbeitenden Werkstück W eine Identifizierung ID angebracht sein, welche durch die Erkennungseinheit 11 der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 zur Erkennung des Werkstückes W bzw. des Materials oder Werkstoffes des Werkstückes W erfassbar ist. Die Identifizierung ID kann das Werkstück W und/ oder das Material M aus dem das Werkstück W besteht identifizieren. Beispielsweise ist in dem Datenspeicher 10 oder einer sonstigen Datenbank eine Zuordnungstabelle (ID, Werkstück W, Material M) abgelegt. Die Zuordnungstabelle kann sich auch in deinem Datenspeicher der Erkennungseinheit 11 befinden.
  • Bei einer möglichen Ausführungsvariante ist beispielsweise an dem Werkstück W ein QR-Code angebracht, der durch die Erkennungseinheit 11 erfasst wird, um beispielsweise das Material bzw. den Werkstoff des Werkstückes W automatisch zu ermitteln. Alternativ kann die Erkennungseinheit 11 auch eine RFID-Leseeinheit beinhalten, welche einen an dem Werkstück W angebrachten RFID-Chip ausliest. Die Erkennungseinheit 11 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Regelungseinheit 9 verbunden und meldet das erkannte Material des Werkstückes W an die Regelungseinheit 9. In Abhängigkeit des Werkstückmaterials bzw. des Werkstoffes kann die Regelungseinheit 9 dann automatisch eine für die Druckluftzufuhr geeignete Kennlinie KL aus dem Datenspeicher 10 auslesen und für die weitere Regelung der Druckluftzufuhr verwenden.
  • Wie in der beigefügten Figur dargestellt, steuert die Regelungseinheit 9 über eine Steuerleitung 12 einen Aktuator 13, beispielsweise ein Ventil, um die Druckluftzufuhr über die Druckluft-Zuleitung 6 in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung 7 erfolgenden Druckluftabfuhr auf Basis der aus dem Datenspeicher 10 ausgelesenen Kennlinie KL zu regeln. Die Regelungseinheit 9 erhält über eine Signalleitung 14 von einem oder mehreren Sensoren 15 Signale bzw. Informationen, welche einen Abluftdruck p und/oder eine Strömungsmenge m der über die Druckluft-Ableitung 7 abgegebenen Druckluft angeben. Beispielsweise meldet ein Drucksensor 15 einen Abluftdruck PAb der über die Druckluft-Ableitung 7 abgegebenen Druckluft an die Regelungseinheit 9 über die Signalleitung 14. Darüber hinaus kann auch eine Strömungsmenge m der über die Druckluft-Ableitung 7 abgegebenen Druckluft durch einen Sensor 15, der die Strömungsmenge, d.h. Menge an Druckluft pro Zeit, misst, an die Regelungseinheit 9 gemeldet werden. Die Regelungseinheit 9 regelt die über die Druckluft-Zuleitung 6 erfolgende Druckluftzufuhr zu der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 in Abhängigkeit von der über die Druckluft-Ableitung 7 erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis der selektierten Kennlinie KL. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Kennlinie aus einem Datenspeicher 10 ausgelesen, welcher sich in der Stromquelle der Schweißvorrichtung 1 befindet. Bei einer möglichen Ausführungsform ist an der Druckluft-Ableitung 7 eine Absaugeinheit (in Figur nicht dargestellt) vorgesehen, welche Luft absaugt. Diese Absaugeinheit kann in einer separaten Einheit vorgesehen sein oder in der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 integriert sein.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 regelt die Regelungseinheit 9 den Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung 6 zugeführten Druckluft zusätzlich oder allein in Abhängigkeit eines während des Schweißprozesses SP erfolgten Energieeintrages. Weiterhin kann die Regelungseinheit 9 bei einer weiteren Ausführungsvariante den Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung 6 zugeführten Druckluft in Abhängigkeit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit VD eines über den Schweißbrenner 16 zugeführten Schweißdrahtes regeln.
  • Die Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 befindet sich bei einer möglichen Ausführungsform in einem vorgegebenen Abstand unterhalb der Lasereinheit 2 oder unterhalb einer optischen Fokussiereinheit zur Fokussierung des Laserstrahles.
  • Die erfindungsgemäße Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung 1 eignet sich zur Durchführung unterschiedlicher Schweiß- oder Lötprozesse. Diese Schweißprozesse umfassen insbesondere einen MIG/MAG-Schweißprozess, einen TIG/WIG-Schweißprozess, einen Doppeldraht-Schweißprozess, einen Laser-Kaltdraht-Löt- oder Schweißprozess, einen Laser-Heißdraht-Löt- oder Schweißprozess oder einen Laserschweißprozess ohne Lichtbogen.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Kennlinie KL für einen Schweißprozess SP aufgenommen werden und anschließend in dem Datenspeicher 10 abgelegt werden. Diese Kennlinie KL kann von spezifischen Schweißanordnungen abhängig sein, beispielsweise durch Verlegung der Druckluft-Leitungen 6, 7. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Regelungseinheit 9 den Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung 6 zugeführten Druckluft auch in Abhängigkeit eines Strömungswiderstandes der Druckluft-Zuleitung 6 und/oder der Druckluft-Ableitung 7 regeln. Dieser Strömungswiderstand kann bei einer möglichen Ausführungsform in einer separaten Messung ermittelt werden.
  • Während des Schweißprozesses SP wird der Druck der Druckluft-Ableitung 7 oder eine Strömungsmenge m der über die Druckluft-Ableitung 7 abgeführten Druckluft gemessen. In Abhängigkeit davon wird durch die Regelungseinheit 9 die Druckluftzufuhr derart geregelt, dass in der Druckluft-Ableitung 7 Druck entsteht, der einem gewünschten Arbeitspunkt der ausgewählten Kennlinie KL entspricht.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Druckabluftabsaugung durch eine an der Druckluft-Ableitung 7 vorgesehene Absaugeinheit (nicht in der beigefügten Figur dargestellt). Die benötigte Leistung der Absaugeinheit kann auch von der Länge und/oder Verlegung der Druckluft-Ableitung 7 abhängen. Ein großer Strömungswiderstand der Druckluft-Ableitung 7 kann sich negativ auf den Schweißprozess SP auswirken, ähnlich wie ein Rückstau oder ein Nichtfunktionieren der Absaugeinheit. Bei zu hohem Strömungswiderstand könnte zugeführte Druckluft über die Ausnehmung 8 der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 austreten und den an dem Werkstoff W vorgenommenen Schweißprozess SP negativ beeinflussen. Bei einer möglichen Ausführungsvariante kann die Regelungseinheit 9 zusätzlich die Leistung der Absaugeinheit bzw. Pumpe in der Druckluft-Ableitung 7 steuern, um beispielsweise einen hohen Strömungswiderstand zu erkennen und auszugleichen und um ein Austreten der Luft aus der Ausnehmung 8 zu verhindern. Bei einer möglichen Ausführungsform weist der Schweißbrenner 16 eine Drahtzuführeinheit auf oder ist an eine Drahtzuführeinrichtung angeschlossen, welche während des Schweißprozesses SP einen Schweißdraht mit einer Zuführgeschwindigkeit VD zuführt. Die Regelungseinheit 9 kann den Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung 6 zugeführten Druckluft zusätzlich in Abhängigkeit dieser Drahtvorschubgeschwindigkeit VD entsprechend der Kennlinie KL regeln. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit des Zusatzwerkstoffes bzw. des Drahtvorschubes ein optimaler Zuluftdruck eingestellt werden. Hieraus ergibt sich ein qualitätsgesicherter Schweißprozess. Solange der Zuluftdruck zu gering ist, können sich vermehrt Schweißspritzer auf einem Schutzglas der Lasereinheit 2 ablagern. Ist umgekehrt der Zuluftdruck zu hoch, wird unnötig Druckluft verbraucht und es kann zu ungewollten Verwirbelungen des Schutzgases während des Schweißprozesses kommen. Für unterschiedliche Materialien M und Schweißprozesse SP kann durch die Regelungseinheit 9 anhand zugehöriger Kennlinien KL jeweils der Zuluftdruck optimal eingestellt werden. Beispielsweise kann bei Stahl mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von VD = 12 m/min der Zuluftdruck auf 6 bar geregelt werden. Weiterhin kann beispielsweise bei Aluminium mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit VD von 8 m/min durch die Regelungseinheit 9 der Zuluftdruck auf 3 bar geregelt bzw. eingestellt werden. Weiterhin kann beispielsweise bei Magnesium mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit VD von 7 m/min der Zuluftdruck auf einen Wert von 1,5 bar geregelt werden.
  • Der optimale Zuluftdruck hängt von der Werkstoffzusammensetzung und von der Spritzerneigung ab (unterschiedliche Kennlinien je nach Werkstoff / Spritzerneigung).
  • Der erzeugte Crossjet CJ kann bei einer möglichen Ausführungsform eine Strömungsgeschwindigkeit zwischen 100 und 600 m/sec und einen geregelten Druck von beispielsweise 2,5 bis 6 bar aufweisen. In der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 kann beispielsweise eine sogenannte Lavaldüse vorgesehen sein, um eine Überschallströmung zu erzeugen.
  • Die Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 weist vorzugsweise einen vorgegebenen Mindestabstand zu dem Löt- bzw. dem Schweißprozess auf, insbesondere wenn in dem Prozess Schutzgas eingesetzt wird. Bei einem zu geringen Abstand der Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 von der Schutzgasatmosphäre kann diese aufgrund des entstehenden Unterdruckes in Richtung auf den Crossjet CJ gezogen werden. Daher wird die Luftströmungs-Leitvorrichtung 4 vorzugsweise mit einem Abstand vorgesehen, welcher größer als ein vordefinierter Mindestabstand ist.

Claims (12)

  1. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung (1) mit: - einer Lasereinheit (2), bei der während eines Schweiß- oder Lötprozesses ein Laserstrahl zum Aufschmelzen oder Erwärmen eines Werkstückes (W) abgestrahlt wird, und mit - einer Schutzeinheit (3) zum Schutz der Lasereinheit (2), wobei durch die Schutzeinheit (3) Druckluft über eine Druckluft-Zuleitung (6) zugeführt und über eine Druckluft-Ableitung (7) derart abgeführt wird, dass eine quer zu dem Laserstrahl gerichtete Luftströmung (CJ) erzeugt wird, die Schweißrauch und/oder Schweißspritzer, welche während des Schweißprozesses entstehen, zum Schutz der Lasereinheit (2) abtransportiert, wobei durch eine Regelungseinheit (9) der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung (1) die über die Druckluft-Zuleitung (6) erfolgende Druckluftzufuhr in Abhängigkeit von einer über die Druckluft-Ableitung (7) erfolgenden gemessenen Druckluftabfuhr auf Basis mindestens einer gespeicherten Kennlinie (KL) geregelt wird, wobei die Kennlinie (KL) in einem Datenspeicher (10) gespeichert ist und einen Zufuhrdruck und/oder eine Strömungsmenge der über die Druckluft-Zuleitung (6) zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Abluftdruckes und/oder einer Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung (7) abgeführten Druckluft angibt, wobei für unterschiedliche Materialien des zu bearbeitenden Werkstückes (W) zugehörige Kennlinien (KL)in dem Datenspeicher (10) gespeichert sind.
  2. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Luftströmung von einer Öffnung der Druckluft-Zuleitung (6) zu einer Öffnung der Druckluft-Ableitung (7) mit Überschallgeschwindigkeit durch eine Ausnehmung (8) einer Luftströmungs-Leitvorrichtung (4) strömt, wobei durch die Ausnehmung (8) der von der Lasereinheit (2) abgestrahlte Laserstrahl hindurchstrahlt.
  3. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei die über die Druckluft-Ableitung (7) abgeführte Luft durch eine Absaugeinheit abgesaugt wird.
  4. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei eine der in dem Datenspeicher (10) gespeicherten Kennlinien (KL) über eine Nutzerschnittstelle durch einen Nutzer auswählbar ist.
  5. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei an dem zu bearbeitenden Werkstück (W) eine ID angebracht ist, die durch eine Erkennungseinheit (11) der Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung (1) zur Erkennung des Werkstückes (W) und/oder des Materials des Werkstückes (W) erfassbar ist.
  6. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine in dem Datenspeicher (10) gespeicherte Kennlinie (KL) automatisch in Abhängigkeit des erkannten Werkstückes (W) und/oder des erkannten Materials des Werkstückes (W) aus dem Datenspeicher (10) durch die Regelungseinheit (9) ausgelesen wird.
  7. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei durch die Regelungseinheit (9) der Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung (6) zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines Strömungswiderstandes der Druckluft-Zuleitung (6) und/oder der Druckluft-Ableitung (7) geregelt wird.
  8. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Schweißbrenner (16) vorgesehen ist, der eine Drahtzuführeinheit aufweist, welche während des Schweißprozesses einen Schweißdraht zuführt.
  9. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schweißprozess einen MIG/MAG-Schweißprozess, einen TIG/WIG-Schweißprozess, einen Doppeldraht-Schweißprozess, einen Laser-Kaltdraht-Löt- oder Schweißprozess, einen Laser-Heißdraht-Löt- oder Schweißprozess oder einen Laserschweißprozess ohne Lichtbogen umfasst.
  10. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9 , wobei die Regelungseinheit (9) den Zuführdruck der über die Druckluft-Zuleitung (6) zugeführten Druckluft in Abhängigkeit eines während des Schweißprozesses erfolgten Energieeintrages und/oder einer Drahtvorschubgeschwindigkeit eines zugeführten Schweißdrahtes regelt.
  11. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Luftströmungs-Leitvorrichtung (4) in einem vorgegebenen Abstand unterhalb der Lasereinheit (2) oder einer optischen Fokussiereinheit zur Fokussierung des Laserstrahls angeordnet ist.
  12. Laser-Hybrid-Schweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei an der Druckluft-Ableitung (7) - ein Drucksensor (15) zur Messung des Abluftdruckes der über die Druckluft-Ableitung (7) abgeführten Druckluft und/oder - ein Strömungssensor (15) zur Messung der Strömungsmenge der über die Druckluft-Ableitung (7) pro Zeit abgeführten Menge an Druckluft vorgesehen ist.
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DE20080266U1 (de) 1999-11-19 2001-10-04 Fronius Schweismaschinen Produ Vorrichtung für einen Laser-Hybrid-Schweissprozess
KR20080075613A (ko) 2007-02-13 2008-08-19 주식회사 코윈디에스티 레이저 가공에 의한 가공 잔여물과 발생 기체 처리장치
JP2020075278A (ja) 2018-11-09 2020-05-21 株式会社アマダホールディングス アシストガス流量の計算装置及び計算方法

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