DE20080266U1 - Vorrichtung für einen Laser-Hybrid-Schweissprozess - Google Patents

Vorrichtung für einen Laser-Hybrid-Schweissprozess

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Description

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Claims (42)

1. Vorrichtung, insbesondere Laser-Hybrid-Schweißkopf, für einen Laser-Hybrid- Schweißprozeß, bei der an zumindest einer Montageplatte Elemente bzw. Baugruppen ange­ ordnet sind, wobei ein Element bzw. eine Baugruppe durch einen Laser bzw. eine optische Fokussiereinheit und ein zweites Element bzw. eine zweite Baugruppe durch einen Schweiß­ brenner gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (5) bzw. die optische Fokus­ siereinheit einen Fokusabstand von einer Definitionsebene (10) oder einer Oberfläche (11) eines Werkstückes (12) zwischen 50 und 400 mm aufweist und daß der Schweißbrenner (6), insbesondere eine in Längsrichtung des Schweißbrenners (6) verlaufende Längsmittelachse (14), in einem Winkel (15) zwischen 25° und 45° zu dem Laser (5) bzw. der optischen Fokus­ siereinheit, insbesondere zu einer im Zentrum einer Laserstrahlung (16) verlaufenden Laser­ achse (17), angeordnet ist, wobei die Laserachse (17) einen Winkel (18) zwischen 80° und 100°, bevorzugt 90°, zu der Definitionsebene (10) oder der Oberfläche (11) des Werkstückes (12) aufweist, wobei ein kleinster Abstand (19) der von dem Laser (5) bzw. der optischen Fokussiereinheit abgegebenen Laserstrahlung (16), insbesondere zu der in der Laserstrahlung (16) zentrisch verlaufenden Laserachse (17), und einem aus dem Schweißbrenner (6) bzw. aus einem Kontaktrohr (20) austretenden Schweißdraht (21), insbesondere einem Schweißdraht­ ende (22), zwischen 0 und 4 mm beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasdüse (2) des Schweißbrenners (6) eine Ausnehmung (41) für zumindest einen Teilstrahl des Lasers (5) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Gasaus­ trittsbereich (46) begrenzende Stirnfläche (48) bei einer winkeligen Anordnung der Gasdüse (2) oder des Schweißbrenners (6) zu der Definitionsebene (10) oder dem Werkstück (12) par­ allel zu der Definitionsebene (10) oder der Oberfläche (11) des Werkstückes (12) verlaufend ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gasdüse (2) über einen aufsteckbaren Ring (48) am Schweißbrenner (6) fixierbar ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdraht (21) eine Stickoutlänge (23) zwischen 10 und 14 mm aufweist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Laser (5) oder die optische Fokussiereinheit einen Objetivdurchmesser von 25,4 mm oder 50,8 mm (1 Zoll oder 2 Zoll) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Elemente bzw. Baugruppen an der Montageplatte (3) in allen Raumrichtungen, insbesondere in den X- und Y-Achsen, zueinander verstellbar befestigt sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schweißdraht (21) bzw. der Schweißbrenner (6) in einer senkrecht auf die Längsmittelachse (14) stehende Querrichtung, insbesondere in Richtung zur Laserstrah­ lung (16), um +/-0,5 mm verstellbar ist.
9. Gasdüse für einen Schweißbrenner, bestehend aus einem bevorzugt rohrförmigen Ge­ häuse, mit einer ersten, einen Verbindungsbereich zu dem Schweißbrenner und einer zweiten, einen Gasaustrittsbereich begrenzenden Stirnfläche, wobei die erste Stirnfläche einen Winkel bevorzugt von 90° zu einer in Längsrichtung der Gasdüse verlaufenden Mittelachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnfläche (48) oder ein Teilabschnitt dieser Stirn­ fläche (48) einen Winkel (51) zu der Mittelachse (50) aufweist, der zu 90° verschieden ist.
10. Gasdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (44) zur Aufnah­ me in einer Vorrichtung für einen Laser-Hybrid-Schweißprozeß, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, z. B. einem Laser-Hybrid-Schweißkopf (1), ausgebil­ det ist.
11. Gasdüse nach Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (50) bei der Anordnung bzw. Montage an dem Schweißbrenner (6) deckend mit einer in Längs­ richtung des Schweißbrenners (6) verlaufenden Längsmittelachse (14) angeordnet ist.
12. Gasdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gasaustrittsbereich (46) zumindest eine Ausnehmung (41) im Gehäuse (44) ange­ ordnet ist.
13. Gasdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41) zur Durchführung einer Laserstrahlung (16) ausgebildet ist.
14. Gasdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich (45) eine Positioniervorrichtung (56), insbesondere ein Führungs­ vorsprung (57), angeordnet ist.
15. Gasdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsvorsprung (57) über die den Verbindungsbereich (45) begrenzende Stirnflä­ che (48) hinausragt.
16. Vorrichtung, insbesondere Laser-Hybrid-Schweißkopf, für einen Laser-Hybrid- Schweißprozeß, bei der an zumindest einem Montageelement Komponenten wie ein Laser bzw. eine Laseroptik oder eine optische Fokussiereinheit und Elemente eines Schweißbren­ ners für einen Lichtbogen-Schweißprozeß und/oder einer Zufuhrvorrichtung für einen Schweißdraht, sowie eine Vorrichtung zur Bildung eines Crossjets, die über zumindest eine Zuleitung und eine Ableitung mit einer Druckluftversorgungsanlage verbindbar ist, angeord­ net sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (109) und die Ableitung (110) der Druck­ luft für den Crossjet (108) und/oder das Montageelement (102) zwischen den durch den Laser (104) und den Schweißbrenner (105) gebildeten Komponenten angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Montageelement (102) durch ein Profil (111) mit Befestigungsnuten (112) für die Komponenten des Laser- Hybrid-Schweißkopfes (101) gebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Montageele­ ment (102) Kanäle (112, 114, 115), die die Ableitung (110) und/oder die Zuleitungen (109) ausbilden, angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung durch zwei Kanäle (114, 115) und die Ableitung durch einen Kanal (113) gebildet ist.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß das Montageelement (102) mit einem Manipulator (116) eines Roboters über eine Befestigungsvorrichtung (117) verbunden ist.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Abschaltvorrichtung (118) für den Laser-Hybrid-Schweißkopf (101) oder ein Meßwertgeber für die Abschaltvorrichtung (118) zwischen dem Manipulator (116) des Ro­ boters und dem Montageelement (102) angeordnet ist, die bzw. der bei einer Relativverstel­ lung zwischen dem Manipulator (116) und dem Schweißbrenner (105) beaufschlagt ist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abschaltvorrichtung (122) bzw. der Meßwertgeber zwischen dem Brennerkörper (119) und dem Befestigungskörper (120) des Schweißbrenners (105) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schweißbrenner (105) durch einen MIG/MAG-Schweißbrenner zur Durchfüh­ rung eines MIG/MAG-Schweißprozesses, gebildet ist.
24. Leitvorrichtung mit einem Gehäuse zur Erzeugung bzw. Bildung eines Crossjets, die über zumindest eine Zuluftleitung und eine Abluftleitung mit einer Druckluftversorgungsan­ lage verbunden ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse der Leitvorrichtung (7) eine durchgängige Öffnung (30) für einen sich durch die Öffnung (30) erstreckenden Laserstrahl (31) aufweist, wobei in der, dem durchtre­ tenden Laserstrahl zugewandten Stirnfläche der Öffnung (30), ein Austrittskanal (33) und gegenüberliegend ein Eintrittskanal (34) für Druckluft, insbesondere für den Crossjet (8), an­ geordnet sind.
25. Leitvorrichtung mit einem Gehäuse zur Erzeugung bzw. Bildung eines Crossjets, die über zumindest eine Zuluftleitung und eine Abluftleitung mit einer Druckluftversorgungsan­ lage verbunden ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeich­ net, daß beidseits einer Öffnung (30) für einen Laserstrahl Bereiche mit Öffnungen für den Durchtritt von Druckluft am Gehäuse angeordnet sind, die mit der Zuluftleitung und der Ab­ luftleitung verbunden sind wobei die Abluftleitung sowie die Zuluftleitung in einem der bei­ den Bereiche der Leitvorrichtung angeordnet sind.
26. Leitvorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvor­ richtung an einer Stirnfläche (123) eines Montageelementes (102), insbesondere eines Profils (111), befestigt ist.
27. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitvorrichtung in einem Abstand (128) unterhalb des Lasers (104) bzw. der Laseroptik oder der optischen Fokussiereinheit angeordnet ist.
28. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitvorrichtung plattenförmig ausgebildet ist und eine Öffnung (130) zum Hindurchstrahlen eines Laserstrahles (131) des Lasers (104) diesen Laserstrahl (131) um­ schließt.
29. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leitkörper mehrteilig ist und in jedem der Leitkörperteile ein Bereich ange­ ordnet ist.
30. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitvorrichtung durch ein Gehäuse (127) gebildet ist, das die Öffnung (30, 130) aufweist, in dem die Bereiche angeordnet sind und zumindest teilweise den Laser (4) bzw. die Laseroptik oder die optischen Fokussiereinheit oder den Laserstrahl (131) um­ schließt bzw. abdeckt.
31. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zu- und Ableitung durch Kanäle (133, 134) in der Leitvorrichtung gebildet sind.
32. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Öffnung für den Durchtritt von Druckluft der Leitvorrichtung eine Düse, insbesondere Lavaldüse, angeordnet ist.
33. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit der Abluftleitung verbundene Öffnung einen größeren Durchmesser bzw. eine größere Querschnittsfläche aufweist, als die mit der Zuluftleitung verbundene Öff­ nung.
34. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (127) derart ausgebildet ist, daß eine Zu- und Abfuhr der Druckluft bevorzugt an einer Stirn- bzw. Seitenfläche des Gehäuses (127) angeordnet erfolgt.
35. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (127) einen weiteren Kanal zur Abfuhr zumindest eines Teilstro­ mes der Druckluft aufweist.
36. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (127) L-förmig ausgebildet ist, wobei die Öffnung (130) durch das Gehäuse (127) verläuft und etwa senkrecht zu zwei gegenüberliegenden Seitenflächen ausge­ richtet ist.
37. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitvorrichtung in einem Abstand zwischen 40 und 390 mm von der Defi­ nitonsebene (10) oder der Oberfläche (11) des Werkstückes (12) angeordnet ist.
38. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Crossjet (7) bildende Druckluft eine Strömungsgeschwindigkeit zwi­ schen 100 und 600 m/s und/oder einen Druck zwischen 2,5 und 6 bar aufweist.
39. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 38, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Crossjet (7), insbesondere ein Crossjetstrahl (24), einen Winkel (25) von bevorzugt 90° zu der Laserstrahlung (16) bzw. der Laserachse (17) aufweist.
40. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 39, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitvorrichtung oder die Leitkörperteile drehbar ausgebildet bzw. gelagert sind und in einem Winkel (26) von +/-20° verstellbar sind.
41. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 40, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Crossjet (7) um einen Winkel (26) von +/-20° verstellbar ist.
42. Leitvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 41, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Elemente bzw. Baugruppen, insbesondere der Schweißbrenner (6), der Laser (5) oder die optische Fokussiereinheit und der Crossjet (7), untereinander ein baulich offenes System bilden.
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