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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Laserschweißeinrichtung, und insbesondere
eine Laserschweißeinrichtung
zum Schweißen
unter Schutzgasatmosphäre.
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13 zeigt
eine herkömmliche
Laserschweißeinrichtung 100.
Die Laserschweißeinrichtung 100 weist
einen Laserausgangsmechanismus 101 zum Aussenden eines
Schweißlaserstrahls
A von seinem Ausgangsende 101a auf. Dieser Laserausgangsmechanismus 100 weist
ein Optiksystem (nicht gezeigt) zur Einstellung eines Brennpunkts
des Schweißlaserstrahls
A in der Laserabstrahlrichtung auf. Das Bezugszeichen 101b bezeichnet
eine transparente Schutzplatte zum Schützen des Optiksystems gegen
Spritzer beim Schweißen.
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Weiterhin
weist diese Laserschweißeinrichtung 100 eine
Düseneinheit 102 zum
Aussprühen
eines Düsenstrahls
eines Schutzgases C auf, um die Oxidation eines zu schweißenden Gegenstands
B beim Schweißen
zu verhindern. Diese Gasdüsenstrahleinheit 102 ist
ein zylindrisches Teil, in welches der Laserausgangsmechanismus 101 eingeführt ist. Das
Schutzgas C wird so ausgesprüht,
daß es
durch einen Raum zwischen der Innenwand der Gasdüsenstrahleinheit 102 und
dem Laserausgangsmechanismus 101 hindurchgeht, in der gleichen
Richtung wie jener der Abstrahlung des Laserstrahls A.
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Wenn
die Laserschweißeinrichtung 100 mit dem
voranstehend geschilderten Aufbau den Schweißlaserstrahl A auf einen zu
schweißenden Gegenstand
B aufbringt, wird ein Metallplasma D erzeugt. Gleichzeitig wird
das Schutzgas C als Düsenstrahl
ausgesprüht,
so daß das
Schweißen
des Gegenstands B isoliert gegenüber
dem atmosphärischen
Sauerstoff durchgeführt
wird.
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14 zeigt
eine weitere herkömmliche
Laserschweißeinrichtung 100A.
Diese Laserschweißeinrichtung 100A verwendet
statt der zylindrischen Gasdüsenstrahleinheit 102 eine
Düsenstrahldüse 102A zum
Sprühen
des Schutzgases C in einer Richtung zur Schweißposition hin. Das Schutzgas
C wird als Düsenstrahl
annähernd
in Vertikalrichtung in Bezug auf das Aussenden des Laserstrahls
A aufgebracht.
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15 zeigt
eine weitere herkömmliche
Laserschweißeinrichtung 100B.
Im Vergleich zur Laserschweißeinrichtung 100A weist
diese Laserschweißeinrichtung 100B auf:
einen Laserausgangsmechanismus 101B, der keine Schutzplatte 101b aufweist; und
eine Luftdüse 103B zum
Sprühen
von Druckluft zur Ausgangsspitze des Laserausgangsmechanismus 101B hin.
Diese Luftdüse 103B schützt das
Ausgangsende des Laserausgangsmechanismus 101B gegen Spritzer.
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Bei
den voranstehend geschilderten, herkömmlichen Laserschweißeinrichtungen
wird das Schutzgas C so ausgeblasen, daß es das Metallplasma D wegbläst, welches während dem
Laserschweißen
erzeugt wird, nämlich
aus der Schweißposition. Die
Auswirkungen auf den Schweißbereich
wurden hierbei nicht berücksichtigt.
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Bei
der Laserschweißeinrichtung 100 wird nämlich der
Schweißlaserstrahl
A zusammen mit dem Schutzgas C aufgebracht, und das an der Schweißposition
erzeugte Metallplasma D wird gestört, wie dies in 13 gezeigt
ist. Darüber
hinaus wird in den anderen Laserschweißeinrichtungen das Schutzgas
C von einer Richtung aus aufgebracht, und daher wird das Metallplasma
D nach stromabwärts
gedrückt,
so daß es
nicht an der Schweißposition
bleiben kann.
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Als
nächstes
wird die Beziehung zwischen dem Metallplasma und dem Laserschweißen erläutert. Es
wurde bislang angenommen, daß das
beim Laserschweißen
erzeugte Plasma das Transmissionsvermögen des Schweißlaserstrahls
verringert, wodurch ein wirksamer Durchgang der Laserenergie an
einen zu schweißenden
Gegenstand verhindert wird. Versuchsergebnisse haben jedoch gezeigt,
daß dann,
wenn das Metallplasma durch das Schutzgas bewegt wird, die Schmelzfähigkeit
des zu schweißenden
Metalls verringert wird.
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Die 16 und 17 zeigen
Versuchsdaten, nämlich
der Unterschied zwischen der Schmelzmenge, wenn das Schutzgas zugeführt wird,
und der Schmelzmenge ohne Schutzgaszuführung. Bei dem Versuch wurde
eine Metallprobe aus Aluminium dem Schweißlaserstrahl ausgesetzt, während die
Leistung pro Schweißeinheitslänge geändert wurde,
mit und ohne eingesetztes Schutzgas. Die Breite und Tiefe beim Schmelzvorgang
wurden gemessen. Hierbei wurde das Schutzgas aus derselben Richtung ausgeblasen
wie bei der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Laserschweißeinrichtung 100. Die
Menge an Schutzgas betrug 20 Liter, und der Düsendurchmesser betrug 5 mm.
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In 16 ist
auf der Horizontalachse die Leistung pro Schweißeinheitslänge aufgetragen, und auf der
Vertikalachse die Änderung
der Schweißtiefe, die
durch die Leistungsänderung
hervorgerufen wird.
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In 17 ist
auf der Horizontalachse die Leistung pro Schweißeinheitslänge aufgetragen, und auf der
Vertikalachse die Änderung
der Schweißbreite,
die durch die Leistungsänderung
hervorgerufen wird.
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In
beiden 16 und 17 gibt
die durchgezogene Linie jene Werte an, die unter Einsatz von Schutzgas
erhalten wurden, und gibt die gestrichelte Linie die Werte ohne
Schutzgas an.
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16 zeigt,
dass die Schweißtiefe
vergrößert wird,
wenn kein Schutzgas zugeführt
wird. 17 zeigt, dass die Schweißbreite
geringfügig vergrößert wird,
wenn kein Schutzgas zugeführt
wird.
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Bei
den herkömmlichen
Beispielen wird daher das Metallplasmawachstum beeinträchtigt,
so dass keine ausreichende Schweißtiefe und Schweißbreite
und eine ausreichende Schweißfestigkeit
erzielt werden können.
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Aus
der JP 08-238587 A ist ein Laserschweißkopf bekannt, bei dem erzeugtes
Plasma mit seitlich eingeblasenem Gas entfernt werden kann. Zum Ändern der
Blasrichtung sind zwei Gasdüsen vorgesehen,
aus denen jeweils einzeln Gas ausgeblasen werden kann.
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Aus
der
JP 08215877 ist
eine Schweißvorrichtung
bekannt, bei der Gas aus einer Richtung von etwa 30° in Bezug
auf die Abstrahlrichtung eines Schweißlaserstrahls ausgeblasen wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung
einer Laserschweißeinrichtung,
welche einen ausreichend tiefen und breiten Schweißvorgang
durchführen
kann, selbst wenn in ausreichender Menge Schutzgas zugeführt wird.
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Die
Laserschweißeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auf: eine Laserausgangsmechanismus zum Aufbringen
eines Schweißlaserstrahls
von dem Ausgangsende des Mechanismus auf eine Schweißposition
eines zu schweißenden
Gegenstands; und mehrere Düsenstrahldüsen zum
Ausblasen von Schutzgas auf die Schweißposition, damit eine Oxidation
der Schweißposition
verhindert wird, wobei die Düsenstrahldüsen in einem gleichen
Winkelintervall auf einem einzigen Umfang um den Schweißlaserstrahl
herum vorgesehen sind.
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Bei
dieser Anordnung wird das Schweißen so durchgeführt, daß ein Schweißlaserstrahl
in Richtung auf den Brennpunkt des Laserausgangsmechanismus ausgesandt
wird, und gleichzeitig hiermit Schutzgas zur Schweißposition
geblasen wird. Hierbei sind die Düsenstrahldüsen in einem identischen Winkelintervall
auf einem einzigen Umfang um den Schweißlaserstrahl herum vorgesehen.
Die Schweißposition
ist daher der gleichen Windstärke aus
unterschiedlichen Richtungen ausgesetzt, und die Windeinflüsse gleichen
sich gegenseitig aus. Daher kann das Schweißen mit einem stabilen Metallplasma
durchgeführt
werden.
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Erfindungsgemäß ist jede
der Düsenstrahldüsen so eingestellt,
daß ihre
Ausblasrichtung in einem Schnittwinkel von 70 bis 90° zur Richtung
der Abstrahlung des Schweißlaserstrahls
verläuft.
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Gemäß einer
weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung
weiterhin einen Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus
auf, damit der Schnittwinkel eingestellt werden kann, der durch
die Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls und
die Ausblasrichtung der Düsenstrahldüse festgelegt
wird.
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Durch
Verwendung dieses Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus
können
die Düsenstrahldüsen so eingestellt
werden, daß ein
stabiles Metallplasma erhalten wird.
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Gemäß einer
weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Laserschweißeinrichtung
weiterhin einen Laserhalterungsmechanismus auf, um den Laserausgangsmechanismus
zu haltern, und den Laserausgangsmechanismus zu dem zu schweißenden Gegenstand
hin oder von diesem weg zu bewegen, wobei der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus
die Düsenstrahldüsen haltert,
die in Hin- und Herrichtung entlang derselben Richtung bewegt werden
wie der Laserhalterungsmechanismus.
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Mit
dieser Anordnung ermöglicht
es der Laserhalterungsmechanismus, daß die Position des Brennpunktes
in Richtung der Tiefe der Schweißposition entsprechend der
Dicke des zu schweißenden Gegenstands
eingestellt werden kann. Gleichzeitig können die Änderungen der Entfernung von
den Düsenstrahldüsen zu der
Schweißposition
durch den Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus
eingestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Vorderansicht (teilweise weggeschnitten) einer Laserschweißeinrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Teils der ersten Ausführungsform an der Linie X-X
in 1;
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3 eine
Düsenstrahldüse, gesehen
von der Ausblasseite her;
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4 ein
weiteres Beispiel für
die Düsenstrahldüse, gesehen
von der Ausblasseite her;
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5 eine
Anordnung aus zwei Düsenstrahldüsen;
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6 eine
Beziehung zwischen den Ausblasrichtungen des Schutzgases aus den
Düsenstrahldüsen und
einer Vorschubrichtung des zu schweißenden Gegenstands;
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7 eine
Beziehung zwischen der Ausblasrichtung des Schutzgases aus den Düsenstrahldüsen und
der Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls;
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8 die
Ausblasrichtung des Schutzgases aus den Düsenstrahldüsen sowie das durch das Schutzgas
beeinflußte
Metallplasma;
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9 eine
Vorderansicht (teilweise weggeschnitten) einer Laserschweißeinrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Ansicht von unten der in 9 gezeigten Laserschweißeinrichtung;
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11 die
Ausblasrichtungen des Schutzgases aus Düsenstrahldüsen und deren Einfluß auf das Metallplasma;
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12 ein
weiteres Beispiel für
Düsenstrahldüsen und
deren Anordnung;
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13 eine
herkömmliche
Schweißeinrichtung;
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14 eine
weitere herkömmliche
Schweißeinrichtung;
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15 eine
weitere herkömmliche
Schweißeinrichtung;
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16 die
Schweißtiefe
in einem Metallprobenstück,
wenn Schutzgas zugeführt
bzw. nicht zugeführt
wird; und
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17 die
Schweißbreite
in einem Metallprobenstück,
wenn Schutzgas zugeführt
bzw. nicht zugeführt
wird.
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Als
nächstes
erfolgt die Beschreibung einer Laserschweißeinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 8.
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Wie
aus 1 hervorgeht, weist diese Laserschweißeinrichtung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
einen Laserausgangsmechanismus 11 zum Aussenden von seinem
Ausgangsende 11 eines Schweißlaserstrahls A zu einer Schweißposition
E eines zu schweißenden
Gegenstands B auf. Der Schweißlaserstrahl
A ist auf dem Punkt F fokussiert.
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Weiterhin
weist die Laserschweißeinrichtung 10 zwei
Düsenstrahldüsen 2 auf,
um ein Schutzgas C zum Schützen
des zu schweißenden
Gegenstands E gegen Oxidation auszusenden; und eine Bewegungsstufe 7 zum
Haltern des Gegenstands B und für
den Vorschub des Gegenstands B in der Richtung entlang der Schweißposition
E.
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Die
Laserschweißeinrichtung 1 weist
auf: einen Laseroszillator 12; ein Strahlsammeloptiksystem zum
Fokussieren des Schweißlaserstrahls
A im Brennpunkt F; und ein zylindrisches Gestell 14, welches
den Laseroszillator 12 und das Strahlsammeloptiksystem 13 enthält. Der
Schweißlaser
ist ein YAG-Laser. Normalerweise ist der Brennpunkt F des Schweißlaserstrahls
A auf die Nähe
der Schweißposition
E eingestellt.
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Das
zylindrische Gestell 14 verjüngt sich, wobei sein Durchmesser
nach unten hin abnimmt. Der Schweißlaserstrahl A wird von dem
Ausgangsende 11 zum unteren Ende abgestrahlt. Zwei Fenster 14a, 14a als
Abschneideabschnitte sind in dem zylindrischen Gestell 14 zwischen
dem Ausgangsende 11 und dem Strahlsammeloptiksystem 13 vorgesehen. Diese
Fenster liegen einander gegenüber,
und schließen
sandwichartig die Zentrumsachse des zylindrischen Gestells 14 ein.
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Eines
der Fenster 14a weist eine Optiksystemschutzeinheit 3 auf.
Wie in 2 gezeigt ist, weist diese Optiksystemschutzeinheit 3 auf:
eine Luftdüse 32,
die einen schlitzförmigen
Ausblasausgang 32a zum Ausblasen von Druckluft durch ein Rohr 31 aufweist;
eine Montageeinheit zum Montieren der Luftdüse 32 mit ihrem Ausblasausgang 32a, der
in der Nähe
eines der Fenster 14a angeordnet ist.
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Der
Ausblasausgang 32a der Luftdüse 32 weist die Form
eines horizontalen Schlitzes mit einer Breite von 0,5 mm auf. Die Druckluft
G, die von hier aus ausgeblasen wird, bewegt sich in Horizontalrichtung
durch die beiden Fenster. Hierbei dient die Druckluft G als filmförmiger Luftvorhang,
um Staub von außen,
beispielsweise Spritzer von der Schweißposition, abzuschirmen, und
das Strahlsammeloptiksystem 13 zu schützen.
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Oben
auf dem zylindrischen Gestell 14 ist ein faltenbalgförmiger Deckel 15 vorgesehen.
Innerhalb dieses Deckels 15 befindet sich ein Laserhalterungsmechanismus 4 zum
Bewegen des Laserausgangsmechanismus 4 zu dem zu schweißenden Gegenstand
b und von diesem weg (in 1 nach oben bzw. unten). Genauer
gesagt wird der Laserhalterungsmechanismus 4 durch einen
Zahnstangen-Ritzelmechanismus und eine Kugelumlaufspindel gebildet,
um eine Hin- und Herbewegung hervorzurufen.
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Durch
diesen Laserhalterungsmechanismus 4 kann der Laserausgangsmechanismus 1 angehoben
oder abgesenkt werden, um die Position des Brennpunktes F einzustellen.
Es ist daher möglich, den
Brennpunkt auf eine bevorzugte Tiefe einzustellen, entsprechend
dem Material und der Dicke des zu schweißenden Gegenstands 8.
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Als
nächstes
werden zwei Düsenstrahldüsen 2 erläutert. Diese
Düsenstrahldüsen 2 werden über Schläuche 21 mit
einem Schutzgas C mit gleichem Druck versorgt, so daß das Schutzgas
C aus den Ausblasausgängen 22 in
Richtung auf den zu schweißenden
Gegenstand E abgestrahlt wird.
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Wie
aus 3 hervorgeht, weist jeder der Ausblasausgänge 22 eine
Kreisform auf, und ist mit einer Stromplatte 13 versehen,
die aus dünnen
Platten besteht, die zu einem Gitter zusammengesetzt sind.
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Dieser
Ausblasausgang 22 muß nicht
kreisförmig
sein, sondern kann auch rechteckig sein, wie dies in 4 gezeigt
ist.
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Das
Schutzgas C kann Stickstoff, Argongas, Heliumgas oder ein anderes
Inertgas sein.
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Die
Düsenstrahldüsen 2 werden
jeweils durch einen von zwei Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 gehaltert.
Wie aus 5 hervorgeht, kann der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 die
Düsenstrahldüsen 2 auf
einem Kreis um den Schweißlaserstrahl
A als Zentrum herum anordnen, in einem Winkel von 180° (also 360°, geteilt
durch 2).
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Entsprechend
den Düsenstrahldüsen 2 sind die
voranstehend geschilderten Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 ebenfalls
auf einem Kreis um den Schweißlaserstrahl
A als Zentrum herum angeordnet, in einem Winkel von 180° zueinander.
Jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 weist
daher auf: einen langen Arm 51 mit der Form einer runden
Stange, dessen oberes Ende drehbar an dem zylindrischen Gestell
angebracht ist ein Verbindungsteil 52, das mit dem langen
Arm 51 so im Eingriff steht, daß das Verbindungsteil entlang dem
langen Arm 51 gleiten kann; und einen kurzen Arm 53,
der drehbar an dem Verbindungsteil 52 angebracht ist, wobei
die Drehachse des langen Arms 51 parallel zur Drehachse
des kurzen Arms verläuft.
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Die
langen Arme sind symmetrisch in Bezug auf die Abstrahlrichtung des
Schweißlaserstrahls
A angeordnet, und an dem oberen Abschnitt des zylindrischen Gestells 14 angebracht,
und ihre Drehachsen verlaufen horizontal (also vertikal zur Papieroberfläche). Jeder
der langen Arme 51 dreht sich in der Vertikalebene (also
der Papieroberfläche),
welche die Spur des Schweißlaserstrahls
A enthält.
Es wird darauf hingewiesen, daß eine
Drehwelle des langen Arms 51 mit einem Teil aus Gummi oder
einem anderen elastischen Material umgeben ist, damit eine Reibung
zwischen dem langen Arm 51 und dem zylindrischen Gestell 14 hervorgerufen
wird, damit die Drehung nicht hervorgerufen wird, ohne daß eine vorbestimmte äußere Kraft
einwirkt.
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Der
lange Arm ist in das voranstehend geschilderte Verbindungsteil 52 eingeführt, welches
zylinderförmig
ist. Das Verbindungsteil weist einen Befestigungsbolzen 52a zur
Befestigung des Verbindungsteils an einer ausgewählten Position des langen Arms 51 auf.
Dieser Befestigungsbolzen 52a steht in Eingriff mit einer
Führungsnut
(nicht dargestellt), die in Längsrichtung
des langen Arms verläuft. Hierdurch
wird eine Drehung des Verbindungsteils 52 um den langen
Arm 51 herum verhindert.
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Bei
dem kurzen Arm 53 ist ein Ende mit dem Verbindungsteil 52 über eine
Drehwelle verbunden, die parallel zur Drehwelle des langen Arms 51 verläuft. Bei
dem anderen Ende des kurzen Arms 53 ist eine Düsenstrahldüse 2 vorgesehen,
um das Schutzgas C in Längsrichtung
des kurzen Arms 53 auszublasen.
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Der
Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 mit
dem voranstehend geschilderten Aufbau kann die Düsenstrahldüse 2 auf jede Position
innerhalb des Bereiches des langen Arms 51 plus des kurzen
Arms 53 einstellen, auf einer einzigen Ebene, welche die
Spur des Schweißlaserstrahls
A enthält. Die
Düsenstrahldüsen 2 können in
jeder Richtung auf der einzigen Ebene eingestellt werden.
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Daher
kann der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 die
Düsenstrahldüsen 2 hin-
und herbewegen, in derselben Richtung wie jener, in welcher die
Hin- und Herbewegung des Laserausgangsmechanismus 1 durch
den Laserhalterungsmechanismus 4 erfolgt.
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Weiterhin
weist die Bewegungsstufe 7 einen Tisch 71 auf,
auf welchen ein zu schweißender
Gegenstand B aufgesetzt wird. Der Tisch 71 weist eine Befestigungseinheit
mit einer Klemmvorrichtung auf. Der Tisch 71 ist auf Führungsschienen 73 gehaltert, um
den Gegenstand B entlang der Schweißposition E vorzuschieben.
Der Tisch 71 steht daher so im Eingriff mit den Führungsschienen 73,
daß er
sich bewegen kann. Weiterhin ist eine Bewegungserzeugungseinheit
(nicht gezeigt) zum Bewegen des Tisches 71 vorgesehen.
Der zu schweißende
Gegenstand B wird daher mit konstanter Geschwindigkeit entlang der
Schweißposition
E vorgeschoben. Es wird darauf hingewiesen, daß der zu schweißende Gegenstand B
auf dem Tisch 71 befestigt ist, so daß die Vorschubrichtung mit
der Schweißposition
E übereinstimmt.
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Wie
in 6 gezeigt ist es vorzuziehen, daß die Vorschubrichtung
I des zu schweißenden
Gegenstands B auf der Bewegungsstufe 7 vertikal jene Linie schneidet,
welche die Düsenstrahldüsen 2 verbindet, die
von den Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 gehaltert
werden. Die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen
sind symmetrisch in Bezug auf die Vorschubrichtung angeordnet.
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Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung des Betriebsablaufs der Laserschweißeinrichtung 10 mit dem
voranstehend geschilderten Aufbau. Bei der Laserschweißeinrichtung 10 stellt
vor dem Schweißen des
Gegenstands B der Laserhalterungsmechanismus 4 den Brennpunkt
F ein, und stellt jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 die
Position und die Düsenstrahlrichtung
der Düsenstrahldüse ein.
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Zuerst
wird der Laserausgangsmechanismus 1 so angehoben oder abgesenkt
durch den Laserhalterungsmechanismus 4, daß der Brennpunkt
F entsprechend der Dicke und dem Material des zu schweißenden Gegenstands
B eingestellt wird.
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Weiterhin
halten die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 die
Düsenstrahldüsen 2 symmetrisch
in Bezug auf die Spur des Schweißlaserstrahls A, und etwas
höher (weiter
oben in 1) als die Schweißposition
E. Hierbei weist jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen
den gleichen Drehwinkel des langen Arms 51 und des kurzen Arms 53 auf,
und die gleiche Anordnung des Verbindungsteils 52, so daß die Düsenstrahlrichtung
der Düsenstrahldüsen die
Schweißlaserstrahlrichtung
im gleichen Winkel J schneidet (7). Dieser
Winkel J liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 90°, besonders
bevorzugt zwischen 70 und 90°.
Daher sind die Düsenstrahldüsen auf
die Schweißposition
E gerichtet.
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Nach
Beendigung der Einstellung der Düsenstrahldüsen wird
das Schutzgas C zur Schweißposition
E hin geblasen. Die Optiksystemschutzeinheit beginnt mit dem Ausblasen
der Druckluft G, und dann wird mit der Abstrahlung des Schweißlaserstrahls
A begonnen, und wird der Vorschub des zu schweißenden Gegenstands auf der
Bewegungsstufe begonnen. Wenn die Schweißposition vollständig geschweißt ist,
werden die Abstrahlung des Schweißlaserstrahls A und das Ausblasen des Schutzgases
C abgeschaltet, womit der Schweißvorgang fertig ist.
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Da
die Düsenstrahldüsen 2 im
gleichen Winkel auf dem Umfang H um den Schweißlaserstrahl A herum angeordnet
sind (5), erzeugt das Schutzgas, das aus diesen Positionen
ausgeblasen wird, die gleiche Windstärke während des Schweißens, wie
dies in 8 gezeigt ist. Die in beide
Richtungen wirkenden Windstärken
werden kompensiert, und ein Bereich K mit statischen Druck wird
an der Schweißposition
E ausgebildet. Darüber
hinaus erzeugt der Schweißlaserstrahl
A ein Metallplasma D in diesem Bereich mit statischen Druck. Das
Metallplasma D kann den Schweißvorgang
unter stabilen Bedingungen durchführen.
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Bei
der Laserschweißeinrichtung 10 ist
es daher beim Schweißen
möglich,
das stabile Wachstum des Metallplasmas D zu fördern, wodurch eine ausreichende
Schweißtiefe
und Schweißbreite
sichergestellt werden. Dies erhöht
die Schweißintensität.
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Weiterhin
kann bei der Laserschweißeinrichtung 10 entsprechend
der Brennpunkteinstellung des Laserhalterungsmechanismus 4,
durch die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 eine Einstellung
der Positionen und Richtungen der Düsenstrahldüsen 2 erfolgen. Daher
kann das Schutzgas C im bevorzugten Zustand für verschiedene Arten von Materialien
oder Dicken des zu schweißenden
Gegenstands B ausgeblasen werden. Dies ermöglicht es, die Schweißintensität zu erhöhen.
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Nunmehr
erfolgt die Beschreibung einer Laserschweißeinrichtung 10A gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 gezeigt
ist, verwendet die zweite Ausführungsform
drei der Düsenstrahldüsen 2A.
Es erfolgt nur eine Erläuterung
der Unterschiede gegenüber
der ersten Ausführungsform,
und gleiche Bauteile werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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Bei
dieser Laserschweißeinrichtung 10A sind
die Düsenstrahldüsen 2A direkt
an dem zylindrischen Gestell befestigt, ohne daß die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 vorgesehen
sind. Die Düsenstrahldüsen 2A sind
als Hohlrohre ausgebildet, bei denen ein Ende an der Oberseite des
zylindrischen Gestells 14 befestigt ist, und mit einem Schlauch 21A verbunden
ist, damit Schutzgas unter gleichem, konstantem Druck zugeführt werden
kann.
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Die
anderen Enden der Düsenstrahldüsen 2A erstrecken
sich bis in die Nähe
der Schweißposition
E und weisen einen Ausblasausgang 22A für das Schutzgas C auf.
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10 ist
eine Ansicht von unten der Laserschweißeinrichtung 10A,
gesehen in 9 von unten aus. In 10 sind
das Fenster 14a des zylindrischen Gestells 14 und
die Optiksystemschutzeinheit 3 weggelassen. Wie aus 10 hervorgeht,
sind die Düsenstrahldüsen 2A im
gleichen Winkel (120°)
angeordnet. Jede Düse
weist ihren Ausblasausgang 22A auf, der in Radialrichtung
zeigt, und weist die gleiche Entfernung vom Ausblasausgang 22A zum Schweißlaserstrahl
A auf.
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Weiterhin
ist die Ausblasrichtung jeder der Düsenstrahldüsen 22A auf 80° (J in 7)
in Bezug auf die Strahlabstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls
A eingestellt. Dieser Winkel J kann auf andere Werte eingestellt
werden, im Bereich von 70 bis 90°.
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Wie
aus 11 hervorgeht, sind bei der Laserschweißeinrichtung 10A die
Düsenstrahldüsen 2a im
gleichen Winkelintervall auf dem Umfang H um den Schweißlaserstrahl
A herum angeordnet. Wenn das Schutzgas C gleichzeitig von diesen
Positionen ausgeblasen wird, ist die Schweißposition E einer gleichförmigen Windstärke ausgesetzt,
und gleichen sich alle diese Windstärken so aus, daß ein statischer Bereich
H an der Schweißposition
hervorgerufen wird. Das Metallplasma D, das in diesem statischen Bereich
erzeugt wird, kann einen stabilen Schweißvorgang durchführen.
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Wie
bei der Laserschweißeinrichtung 10 fördert die
Laserschweißeinrichtung 10A ein
stabiles Wachstum des Metallplasmas D, wodurch eine ausreichende
Schweißtiefe
und Schweißbreite
sichergestellt werden. Dies ermöglicht
es, die Schweißintensität zu erhöhen.
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Hierbei
müssen
die Düsenstrahldüsen 2A nicht
von der Oberseite des zylindrischen Gestells 14 ausgehen.
Es ist beispielsweise möglich,
wie in 12 gezeigt ist, drei Befestigungseinheiten 8B nach
Art einer Stütze
in der Nähe
des Ausgangsendes 11 des zylindrischen Gestells 14 vorzusehen,
die in Radialrichtung in gleichen Winkelabständen verlaufen. Die Düsenstrahldüsen 2B in
Form gerader Zylinder sind am Ende der Spitze der drei Befestigungseinheiten 8B angebracht.
Hierbei werden die Richtung der Düsenstrahldüsen 2 und die Position des
Ausblasausgangs 22B vorzugsweise ebenso eingestellt wie
bei den voranstehend geschilderten Düsenstrahldüsen 2A und den Ausblasausgängen 22A.
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Auch
mit dieser Anordnung ist es möglich, die
Auswirkungen ebenso zu vergrößern wie
bei der Anordnung mit den Düsenstrahldüsen 2A.
Die Düsenstrahldüsen 2B können kürzer ausgebildet
werden als die Düsenstrahldüsen 2A.
Dies erhöht
die Steifigkeit, wodurch eine Ablenkung der Düsenstrahldüsen 2B während des
Ausblasens des Schutzgases unterdrückt wird, wodurch die Schweißintensität mit höherer Verläßlichkeit
erhöht
wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind mehrere Düsenstrahldüsen in gleichen
Winkelabständen
auf einem einzigen Umfang angeordnet. Während eines Schweißvorgangs wird
das Schutzgas gleichzeitig aus den so angeordneten Düsenstrahldüsen ausgeblasen.
Daher ist die Schweißposition
gleichen Windstärken
aus unterschiedlichen Richtungen ausgesetzt, die sich gegenseitig
ausgleichen, wodurch ein Bereich mit statischem Druck an der Schweißposition
erzeugt wird. Das Metallplasma wird in diesem Bereich mit statischem
Druck erzeugt, und der Schweißvorgang
kann mit dem Metallplasma in stabilem Zustand durchgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung fördert
ein stabiles Wachstum des Metallplasmas, wodurch eine ausreichende
Schweißtiefe
und Schweißbreite
sichergestellt werden, was es ermöglicht, die Schweißintensität zu erhöhen.
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Weiterhin
kann bei jener Anordnung, bei welcher die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen vorgesehen
sind, entsprechend der Brennpunkteinstellung durch den Laserhalterungsmechanismus jede
der Düsenstrahldüsen bezüglich ihrer
Position und Richtung eingestellt werden, so daß das Schutzgas geeignet eingesetzt
wird, entsprechend dem Material oder der Dicke des zu schweißenden Gegenstands.
Dies erhöht
die Schweißintensität.