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Die
Erfindung betrifft einen Laserschneidkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bleches gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Das
Schneiden von Materialien mittels Laser ermöglicht es, nahezu beliebige
Kurvenradien am Schneidgut zu erzeugen. Hinzu kommt, daß an den zu
trennenden Teilen weder Schneidspäne noch Verschiebungen für Schneidwerkzeuge
auftreten, so daß insbesondere
bei der Blechbearbeitung das Laserschneiden vorteilhaft zum Einsatz
kommt. Nachteilig ist jedoch, daß der Laserschneidkopf verhältnismäßig empfindlich
ist und je nach Schneidvorgang verhältnismäßig nahe an das Schneidgut
heranzufahren ist. Beim Positionieren der Schneiddüse auf oder
an dem Werkstück
kann es entsprechend zu Kollisionen kommen, die zu einer Zerstörung von
Teilen des Laserschneidkopfes oder auch der gesamten Positioniereinrichtung
führen
können.
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Eine
bekannte Möglichkeit
des Schutzes des Laserschneidkopfes beinhaltet einen Abstandssensor
nahe am Laseraustritt des Laseraustrittsteils, über den bei einer Annäherung des
Laseraustrittsteils an das Werkstück das Laseraustrittsteil elektromotorisch
zurückgeschoben
wird. Bei langsamen und nur geringfügigen Fehlpositionierungen
wird hiermit ein sicherer Schutz des Laserschneidkopfes erreicht,
wobei jedoch ein erheblicher Aufwand am Laserschneidkopf mit einer
entsprechenden Vergrößerung des
Gegenstandes in Kauf genommen werden muß.
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Die
DE 42 42 057 A1 offenbart
einen Laserstrahlkopf mit austauschbaren Düsen. Die Düse wird durch eine Druckfeder
gegen einen Kegelsattel einer Haltevorrichtung in Richtung zum Werkstück gedrückt, so
dass bei einem Anstoßen
der Düse
an das Werkstück
die Düse
seitlich oder nach oben ausweichen kann.
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Um
bei einer Kollision des Laserdüsenkopfes
mit einem Werkstück
ein sofortiges Abschalten des Gerätes auszulösen, wird in der
DE-OS 38 14 074 vorgeschlagen, das
Innere eines Schutzteils mit einem Prüfgas zu beaufschlagen. Bei
einer Kollision wird ein Lagerteil gegen eine Druckfeder versetzt
und gibt einen Gasauslass frei, so dass der Gasdruck im Inneren
des Schutzteils fällt,
von einem Sensor erfasst wird und eine Abschaltung des Gerätes ausgelöst wird.
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Die
DE-OS 38 14 985 und
DE 43 26 254 A1 offenbaren
Laserbearbeitungswerkzeuge, bei welchen die Düse in einer Düsenhalterung
federnd gelagert ist und bei einer Kollision axial und im Winkel
zur Achse auslenkbar ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laserschneidkopf schlank
und vor Beschädigungen
geschützt
aufzubauen.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Laserschneidkopf gelöst mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst mit den Maßnahmen
des Anspruchs 11.
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Erfindungsgemäß ist der
Laserschneidkopf aus zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren
Teilen aufgebaut, von denen ein Teil das obere Gehäuseteil
und das andere das Laseraustrittsteil bildet. Diese beiden Teile
lassen sich durch eine äußere Krafteinwirkung
ineinander schieben, wobei die äußere Krafteinwirkung
durch das Auftreffen des Laseraustrittsteils an einem festen Gegenstand,
beispielsweise dem Werkstück,
bedingt durch eine fehlerhafte Positionierung des Laserschneidkopfes,
erreicht wird. Die äußere Krafteinwirkung
hat hierbei mit einer wesentlichen Komponente in Verschieberichtung
der teleskopartigen Teile zu erfolgen; zum Schutz gegen Beschädigung bei
einer Krafteinwirkung quer zu der Verschieberichtung dient beispielsweise
eine üblicherweise
verwendete Magnethalterung, wobei der Laserschneidkopf sich von
seiner Halterung löst.
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Vorteilhaft
erfolgt das teleskopartige Verschieben unter Speicherung der Verschiebeenergie, wobei
die gespeicherte Verschiebeenergie zu Rückführung des Laseraustrittsteils
in seine ursprüngliche Arbeitsposition
benutzt wird. Eine solche Energiespeicherung kann im einfachsten
Fall gravimetrisch erfolgen, d. h. das Laseraustrittsteil gelangt
nach Wegfall der äußeren Krafteinwirkung
schwerkraftbedingt wieder in seine Ausgangsposition zurück. Zusätzlich oder
alternativ kann das Laseraustrittsteil auch gegen das Gehäuseteil
federbelastet sein, so daß bei
einem Verschieben des Laseraustrittsteils die Feder gespannt wird.
Bei diesen Ausführungsformen
gleitet das Laseraustrittsteil nach einem Wegfall der äußeren Krafteinwirkung
nicht nur selbsttätig sondern
auch automatisch in seine Ausgangsposition zurück.
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Die
erfindungsgemäße Ausführungsform schützt neben
zerbrechlichen oder deformierbaren Teilen am Laserschneidkopf, insbesondere
dem Laseraustrittsteil, wie z.B. Gewinde- oder Keramikteilen, auch
die gesamte Apparatur vor Beschädigungen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
kann durch das Verschieben des Laseraustrittsteils ein Sicherungselement
ausgelöst
werden, das die weitere Positionierung des Laserkopfes unterbricht.
Vorteilhaft wird das Sicherungselement erst nach einer Verschiebung
des Laseraustrittsteils um mindestens 2 mm und insbesondere um mindestens
4 mm ausgelöst,
um bei kleinen Rempeleien des Laserschneidkopfes nicht eine Vollabschaltung
der Positionierung zu bekommen.
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Im
Gegensatz zur elektromotorischen Verstellung des Laseraustrittsteils
wird mit der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige und raumsparende Lösung des
eingangs geschilderten Problems zur Verfügung gestellt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Laserschneidkopf auch noch dadurch schlanker ausgestaltet
werden, indem seine innere Linse, über die die Laserstrahljustierung
erfolgt, nicht – wie üblich – durch seitliches
Verschieben verstellt wird, sondern durch ein Kippen. Hierdurch
können
Stellschrauben zum Kippen der Linse entweder von unten gegen die
Linse oder aber seitlich gegen die Linse geführt werden, wobei die seitlich
zugeführten
Verstellmittel auf deren Unter- oder Oberseite angreifen und so
den Rand der Linse axial verschieben. Hierzu ist die Linse vorzugsweise
federbelastet und in einer besonders einfachen Ausführungsform
an drei Punkten abgestützt, wobei
ein Punkt fest vorgegeben sein kann.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Bearbeiten, insbesondere Schneiden eines Bleches mittels eines Lasers
wird der Laserschneidkopf mittels einer Vorrichtung bezüglich des
zu bearbeitenden Werkstückes
positioniert, wobei bei einer Positionierung des Laserkopfes gegen
das Werkstück der
Laserkopf teleskopartig durch die Krafteinwirkung des Werkstückes gegen
den Laserkopf zusammengeschoben wird. Im übrigen bedient sich das Verfahren
der bereits oben und im folgenden beschriebenen Merkmale und Maßnahmen
des Laserschneidkopfes (und umgekehrt).
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher beschrieben.
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Ein
Laserschneidkopf 100 ist aufgebaut aus einem oberen Gehäuseteil 1 und
einem Laseraustrittsteil 2, das in das obere Gehäuseteil 1 spielfrei axial
gleitend eingesetzt ist. Das obere Gehäuseteil 1 kann mit
seinem oberen Abschluß 11 an
eine (nicht dargestellte) Magnethalterung gesetzt werden, wobei der
Laserstrahl durch die Magnethalterung und eine Öffnung 12 in den Laserschneidkopf 100 gelangt.
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Die
axiale Verschiebung des Laseraustrittsteils 2 in dem oberen
Gehäuseteil 1 wird
durch eine Sicherung 8 begrenzt, die gleichzeitig ein Verdrehen der
beiden Teile 1 und 2 gegeneinander verhindert. Durch
eine Feder 7 wird das Laseraustrittsteil 2 in seiner
dargestellten Arbeitsposition (Ausgangsposition) gehalten, wobei
ein Einschieben des Laseraustrittsteils 2 in das obere
Gehäuseteil 1 gegen
den Federdruck 7 innerhalb des durch die Sicherung 8 bedingten
Freiraums möglich
ist. Bevor die Sicherung 8 den Einschiebevorgang begrenzt,
trifft die Oberkante 13 des Laseraustrittsteils 2 auf
einen Sicherungsschalter 6, dessen Betätigung zu einem Stopp der Positionierbewegung
des Laserschneidkopfes 100 führt. Hierdurch wird eine doppelte
Absicherung erreicht.
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Zur
Versorgung des Laserschneidkopfes 100 mit Schneidgas ist
ein Gaseinlaß 14 vorgesehen, durch
den (Pfeil) Gas in einen zwischen den Teilen 1 und 2 befindlichen
Zwischenraum 15 strömen
kann. Von dort gelangt das Gas (üblicherweise
Sauerstoff) zum Schneiden des Werkstücks über Kanäle 16 und eine Rüsseldüse 21 bis
in den Bereich des Laseraustritts 17. O-Ringe 9 dichten
den Ringspalt 15 ab. Der Gaseinlaß 14 kann auch direkt
an das Teil 2 (z.B. an einen Kanal 16) angebunden
sein, wobei der Anschluß 14 sich
dann in einem Langloch des Gehäuseteils 1 bewegt.
Durch diese Ausführung
ist keine Abdichtung des Gasstroms zwischen den Teilen 1 und 2 notwendig.
Bei dieser Ausführungsform
kann dann der Gaseinlaß 14 auch
die Funktion der Sicherung 8 übernehmen.
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Am
unteren Ende des Laseraustrittsteils 2 sitzt ein Keramikring 18 oder
-spule, der Teil eines magnetischen Abstandssensors ist. Dieser
Keramikring 18 wird bei den herkömmlichen Laserschneidköpfen bei
einer Bewegung in Längsrichtung
(in Richtung der Längsachse 19)
gegen das Werkstück
zerstört,
wobei auch die gesamte Maschine verformt werden kann, da bei dieser
Bewegung die Magnethalterung kein Abkippen des Kopfes erlaubt (wie
bei einer seitlichen Belastung des Laserschneidkopfes 100).
Bei der dargestellten Ausführungsform
verschiebt sich das Laseraustrittsteil 2 jedoch in das
Gehäuseteil 1,
so daß der
Keramikring 18 unversehrt bleibt.
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Zum
Justieren der Linse 5 sind Stellschrauben 20 (schematisch
dargestellt) vorgesehen, mittels denen die Linse leicht gekippt
werden kann, wobei eine weitere, nicht dargestellte Feder die Linse 5 in ihrer
Position hält.
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Zusätzlich bzw.
alternativ zu dem schematisch dargestellten Stellmittel 20 kann
das Justieren des Laserschneidkopfes durch den A-Spiegel des Lasers
vorgenommen werden. Hierdurch bzw. durch das Kippen der Linse 5 anstatt
eines radialen Verschiebens derselben wird außerdem erreicht, daß der Laserschneidkopf 100 sehr
schlank aufgebaut werden kann, wodurch Stellen am Werkstück zugänglich sind,
die von einem breit aufgebauten Laserschneidkopf nicht erreicht
werden können.
Ansonsten kann der neue Laserschneidkopf 100 programmkompatibel
zu bestehenden Laserschneidköpfen
eingesetzt werden.
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Liegt
beim Anfahren des Laserschneidkopfes 100 in eine vorgegebene
Position das Werkstück höher als
vorprogrammiert, kann das Laseraustrittsteil 2 durch die
federnde Lagerung zurückgeschoben werden.
Kommt im nächsten
Programmsatz der Befehl "Höhenregelung
Ein", so korrigiert
die Maschine den Abstand ein und das Laseraustrittsteil 2 wird durch
die Feder und die Schwerkraft wieder in seine Ausgangsposition zurückgeschoben.
Ist die Abweichung vom Sollwert zu groß oder funktioniert die Höhenregelung
nicht, so wird durch weiteres Zurückschieben des Laseraustrittsteils 2 der
Schalter 6 betätigt
und die Vorrichtung stoppt ihre Bewegung. Eine Beschädigung wird
hierdurch vermieden.