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Die
Erfindung betrifft einen Faltenbalg zur Abdeckung eines in seinem
Verlauf variierbaren Bereiches an einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Faltenbälge dienen
zumeist dem Schutz des durch sie abgedeckten Bereiches vor Emissionen
und/oder Immissionen aus diesem und/oder in diesen Bereich.
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Aus
der
DE 35 32 702 C2 ist
ein Faltenbalg bekannt, der zu einer Abdeckung von Maschinenteilen
dient und sich zwischen relativ zueinander bewegbaren Maschinenelementen
befindet. Dieser Faltenbalg kann insbesondere zur Abdeckung von
Gleitbahnen an Werkzeugmaschinen dienen. Der Faltenbalg bietet insbesondere
Gleitbahnen an den Werkzeugmaschinen Schutz vor Metallspänen und
Kühlflüssigkeit.
Weiterhin verfügt
dieser Faltenbalg über einen
integrierten elektrischen Leiter in Form eines Drahtes, wobei über die
Unterbrechung des elektrischen Leiters eine Detektion eines Schadens
des Balges erfolgen soll.
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Nachteilig
an diesem Faltenbalg ist es, dass eine Detektion der Zerstörung des
Faltenbalges durch einen Brand aufgrund der schweren Ent flammbarkeit
eines Drahtes unmöglich
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen neuen Faltenbalg
vorzuschlagen, bei dem eine Detektion eines Schadens des Faltenbalges
durch einen Brand möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung nach der Lehre des
Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
erfindungsgemäße Faltenbalg
kommt zumeist zur Abdeckung eines in seinem Verlauf variierbaren
Bereiches an einer Vorrichtung, insbesondere zur Abdeckung des Strahlengangs
hochenergetischer Laserstrahlungsquellen, zum Einsatz, wobei die
Faltenbalgwand mit einer Detektoreinrichtung, insbesondere zur Detektion
eines Schadens durch einen Brand der Balgwand, versehen ist, und
wobei die Detektoreinrichtung ein elektrisch leitfähiges Sensorelement
umfasst, und wobei das Sensorelement elastisch, knickbeständig und
entflammbar ist.
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Der
erfindungsgemäße Faltenbalg
kann grundsätzlich
zur Abdeckung jedes in seinem Verlauf variierbaren Bereiches einer
Vorrichtung eingesetzt werden. Vorzugsweise wird er jedoch zur Abdeckung von
brandgefährdeten
Bereichen eingesetzt. Solche Bereiche können beispielsweise Strahlengänge hochenergetischer
Laserstrahlungsquellen sein. Derartige Vorrichtungen mit derartigen
Strahlengängen kommen
beispielsweise zum Schweißen
und Schneiden von Werkstücken
mittels hochenergetischer Laserstrahlen zum Einsatz.
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Der
erfindungsgemäße Faltenbalg
deckt dabei den brandgefährdeten
Bereich, bei Verwendung hochenergetischer Laserstrahlen den Strahlengang des
Lasers, ab. Dabei kann der erfindungsgemäße Faltenbalg zwischen zwei
Elementen der Vorrichtung oder zwischen der Vorrichtung und dem
Werkstück angeordnet
sein. Insbesondere ist eine Führung des erfindungsgemäßen Faltenbalges
mit einem Kragarm denkbar.
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Die
Abdeckung mittels des erfindungsgemäßen Faltenbalges dient dabei
vorrangig dem Schutz des die Vorrichtung umgebenden Bereiches. So
soll beispielsweise vermieden werden, dass Gegenstände oder
Teile des menschlichen Körpers
in den Strahlengang eines hochenergetischen Lasers eingebracht werden
können.
Derartige Laserstrahlen sind nämlich
imstande, die sich im Strahlengang befindenden Hindernisse in kürzester
Zeit zu zerstören.
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Der
erfindungsgemäße Faltenbalg
wird zwar vorzugsweise aus schwer entflammbarem Material hergestellt,
ist jedoch gegen die hochenergetische Laserstrahlung nicht unbedingt
feuerresistent. So kann es beispielsweise durch den variierbaren
Verlauf des abgedeckten Bereiches dazu kommen, dass der Strahlengang
des hochenergetischen Lasers nicht parallel zur Längsachse
des Faltenbalges verläuft.
Im Ergebnis kann es dabei passieren, dass der Laserstrahl die Wand
des erfindungsgemäßen Faltenbalges
berührt.
Dadurch wird die Balgwand in der Regel Feuer fangen.
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Um
einen Schaden der Balgwand durch einen Brand detektieren zu können, verfügt der erfindungsgemäße Faltenbalg über eine
Detektoreinrichtung. Die Ausführungsform
dieser Detektoreinrichtung ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise
umfasst diese Detektoreinrichtung ein elektrisch leitfähiges Sensorelement.
Das elektrisch leitfähige
Sensorelement muss nicht zwingend metallischer Natur sein. Anstelle
eines anorganischen elektrisch leitfähigen Sensorelementes kann
auch ein organisches elektrisch leitfähiges Sensorelement zum Einsatz kommen.
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Die
Ausführungsform
des Sensorelementes ist grundsätzlich
beliebig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sensorelement elastisch,
knickbeständig
und entflammbar gestaltet ist. Durch die Elastizität und Knickbeständigkeit
wird nämlich
das Sensorelement im Wesentlichen durch eine ständige Knickbewegung aufgrund
der Bewegung des Faltenbalges nicht beschädigt. Die Entflammbarkeit des
Sensorelementes garantiert im Gegensatz zur Nutzung eines Drahtes
auch eine Beschädigung
des Sensorelementes beispielsweise bei einem Brand der Balgwand.
Im Ergebnis führt
all dies zu einer sehr hohen Prozesssicherheit und einer Minimierung
der Fehlerquote, so dass eine anschließende Signalauslösung zuverlässig nur
im Falle eines Brandes erfolgt.
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Der
erfindungsgemäße Faltenbalg
kann zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen der Vorrichtung
angeordnet sein. Dabei kann es sich beispielsweise um Halterungen
des Faltenbalges in der Nähe
der Strahlungsquelle und in der Nähe des zu bearbeitenden Werkstückes handeln,
die mittels des erfindungsgemäßen Faltenbalges
verbunden werden. Andererseits ist aber auch eine Anordnung des erfindungsgemäßen Faltenbalges
an der Vorrichtung, insbesondere in der Nähe der Strahlungsquelle, denkbar,
wobei die Halterung und Führung
des Faltenbalges über
eine Halte-/Führungskonstruktion, wie
beispielsweise einen Kragarm oder einen Ausleger, erfolgt.
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Die
Ausführungsform
des Sensorelementes ist grundsätzlich
beliebig. Vorteilhaft ist es, wenn das Sensorelement zumindest ein
gewebeartiges, leitfähiges
Bandkabel umfasst. Ein derartiges Bandkabel ist aus der WO 2004/027132
A1 bekannt. Es zeichnet sich durch seine hohe Elastizität und gute
Handhabbarkeit aus und ist einfach zu verarbeiten und zudem noch
elektrisch leitfähig.
Ein solches Bandkabel hält aufgrund
seines textilen Charakters einem insbesondere durch hochenergetische
Laserstrahlung hervorgerufenen Brand nicht stand.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Sensorelement zumindest ein elektrisch leitfähiges und
hochelastisches Garn auf. Ein derartiges Garn ist ebenfalls aus
der WO 2004/027132 A1 bekannt und besteht aus einem elastischen
Kern, einer leitfähigen inneren
Drahtumwindung in der Art eines Wendels und einer textilen äußeren Umwindung.
Wie bereits beschrieben, kann dieses Garn in einem Gewebekomplex
als Sensorelement Verwendung finden, es ist jedoch auch ohne Weiteres
möglich,
ein solches hochelastisches Garn im Wesentlichen in Form eines einzelnen
Garnfadens als Sensorelement zu nutzen.
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Eine
weitere Möglichkeit,
das Sensorelement auszugestalten, ist die Nutzung eines organischen
leitfähigen
Materials.
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Die
Anordnung des Sensorelementes innerhalb des Faltenbalges ist grundsätzlich beliebig.
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Sensorelement sich im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Faltenbalges erstreckt. Dann nämlich ist in jedem Abschnitt des
Faltenbalges zumindest ein Abschnitt des Sensorelementes vorhanden.
Somit ist eine lückenlose Abdeckung
des Faltenbalges mit dem Sensorelement gewährleistet. Das Sensorelement
kann sich dabei im Wesentlichen direkt vom einen Ende entlang der
Faltenbalgwand zum anderen Ende des Faltenbalges erstrecken. Es
können
mehrere sich direkt vom einen zum anderen Ende erstreckende Sensorelemente
Verwendung finden, und es kann sich ein Sensorelement in Schleifenform
vom einen zum anderen Ende des Faltenbalges erstrecken. In allen Ausführungsformen
beginnt das zumindest eine Sensorelement am einen Ende des Faltenbalges
und endet am anderen Ende des Faltenbalges.
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Das
Sensorelement kann dabei innen oder außen auf die Faltenbalgwand
aufgebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
besteht die Faltenbalgwand aus zumindest einem doppellagigen Laminat,
wobei das Sensorelement in das Laminat eingebracht ist, sich also
innerhalb der Faltenbalgwand befindet. Diese Ausführungsform
bietet einen besonderen Schutz des Sensorelementes innerhalb der
Faltenbalgwand vor äußeren Einflüssen. Für die Erreichbarkeit
des Sensorelementes durch einen Brand ist die Anbringung des Sensorelementes
innerhalb der Faltenbalgwand jedoch unerheblich.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Faltenbalgwand zumindest einen Überlappbereich auf, wobei das
Sensorelement in diesem Überlappbereich
zwischen den Faltenbalgwänden
befestigt ist. Dieser Überlappbereich
kann beispielsweise bei der Herstellung des Faltenbalges entstehen,
wobei der Faltenbalgrohkörper
aus einer Rohmaterialbahn hergestellt wird. Diese Rohmaterialbahn
wird im Herstellungsprozess beispielsweise zur allseitig geschlossenen
Faltenbalgwand zusammengefügt.
Diese Zusammenfügung
erfolgt häufig
mittels einer Naht. Diese Naht bildet einen Überlappbereich von zumindest
zwei Faltenbalgwandlagen. In diesem Überlappbereich kann zwischen
den zwei Faltenbalgwandlagen das Sensorelement befestigt werden. In
diesem Zusammenhang ist eine Verwendung des oben beschriebenen Bandkabels
aus der WO 2004/027132 A1 als Sensorelement besonders vorteilhaft
und einfach zu verarbeiten.
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Die
Befestigung des Sensorelementes ist grundsätzlich beliebig. In einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
erfolgt die Befestigung des Sensorelementes zumindest durch Verklebung.
Eine Verklebung gewährleistet
einen besonders einfachen Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Faltenbalges.
Besonders vorteilhaft ist eine Verklebung mit einem das Sensorelement
nicht beschädigenden Kleber.
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Die
Kontaktierung des Sensorelementes ist grundsätzlich beliebig. Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Sensorelement an zumindest einem seiner
Enden über
eine Kabelhülse
zur Kontaktierung verfügt.
Die Befestigung dieser Kabelhülse
am Sensorelement ist grundsätzlich
ebenfalls beliebig. Diese Befestigung kann insbesondere über eine
Verklebung erfolgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Sensorelement an eine Auswerteeinheit anschließbar. Dieser
Anschluss kann insbesondere über
die Kabelhülse
erfolgen. Die Auswerteeinheit steht dadurch in Kontakt mit dem Sensorelement
und erfasst dessen Daten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
erfasst die Auswerteeinheit insbesondere eine Zerstörung des
Sensorelementes. Bei einem Brand der Faltenbalgwand kann einerseits
von einer Totalzerstörung
der Faltenbalgwand und andererseits von einer Beschädigung und
sogar von einer Zerstörung
des Sensorelementes ausgegangen werden, da die Faltenbalgwand und
das Sensorelement in einer engen Verbindung stehen.
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Die
Auswerteeinheit kann Teil der Vorrichtung sein und kann aber auch
ebenso gut in jeder anderen Form realisiert sein. Insbesondere kann
die Auswerteeinheit in ein Alarmsystem des Werkraumes integriert
sein. Die Auswerteeinheit kann bei Erkennen einer Beschädigung und/oder
Zerstörung des
Sensorelementes, was in der Regel bei einem Brand der Fall ist, über ein
Ergebnissignal Einfluss auf die Vorrichtung und/oder ein Alarmsystem
nehmen. Dabei kann der Laser abgeschaltet werden, ein Warnton ertönen oder
ein Warnsignal sichtbar werden. Weiterhin ist auch die Absetzung
einer Notfallmeldung an eine personenbesetzte Alarmzentrale denkbar.
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Die
eigentliche Detektion der Beschädigung und/oder
Zerstörung
des Sensorelementes ist grundsätzlich
beliebig. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform führt die
Auswerteeinheit zumindest eine Widerstandsmessung des Sensorelementes
durch. Diese Art der Auswertung ist insbesondere bei Verwendung
eines leitfähigen
Sensorelementes, egal ob organischer oder anorganischer Art, besonders
einfach zu implementieren.
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Einige
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Faltenbalges
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Faltenbalges
in perspektivischer Ansicht;
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2 weitere
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Faltenbalges
im Querschnitt; und
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3 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Faltenbalges
gemäß 2 im
Querschnitt des Bereiches I.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Faltenbalges 01 mit
mehreren Führungsrahmen 02 zur
Fixierung des Faltenbalges 01 an einer Tragekonstruktion.
Dazu weisen die Führungsrahmen
jeweils zwei Ausnehmungen 03 auf, um beispielsweise an
einer Schiene der Führungskonstruktion
befestigt werden zu können.
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Der
Faltenbalg 01 selbst ist ziehharmonikaartig gestaltet und
weist daher eine Vielzahl von Falten auf. Dies ermöglicht eine
optimale Anpassung an einen in seinem Verlauf variierbaren Bereich 04 im
Inneren des Faltenbalges 01, welchen der Faltenbalg 01 umdeckt.
Durch diesen inneren Bereich 04 kann beispielsweise ein
Laserstrahl geführt
werden. Dieser wurde aus Übersichtlichkeitsgründen in
der Zeichnung nicht dargestellt.
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In
dieser Ausführungsform
verfügt
der Faltenbalg 01 über
ein Sensorelement 05, welches in der Art eines gewebeartigen
leitfähigen
Bandkabels ausgestaltet ist. Dieses Bandkabel ist leitfähig und hochelastisch.
Es weist eine gewebeartige Zusammensetzung hochelastischer leitfähiger Garne
auf. Diese Garne sind aus der oben genannten WO 2004/027132 A1 bekannt.
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Das
gewebeartige Sensorelement 05 ist mit einer Verklebung
an der Faltenbalgwand 06 befestigt. In dieser Ausführungsform
ist das gewebeartige Sensorelement 05 an der Außenseite
der Faltenbalgwand 06 befestigt. Dies ist jedoch nur ein
exemplarisches Beispiel zur Befestigung und keinesfalls die alleinige
Möglichkeit.
Das gewebeartige Sensorelement 05 erstreckt sich durchgehend
entlang der Faltenbalgwand 06 vom einen Ende des Faltenbalges 01 zum
anderen Ende des Faltenbalges 01 hin. Aufgrund der Leitfähigkeit
des gewebeartigen Sensorelementes 05 besteht also vom einen
Ende des Faltenbalges 01 zum anderen Ende des Faltenbalges 01 hin
eine durchgehende elektrische Verbindung. Für den Fall, dass beispielsweise
durch eine Kurvenführung
des Faltenbalges 01 um einen kurvenförmigen inneren Bereich 04,
beispielsweise aufgrund eines durch Spiegel umgelenkten Laserstrahls
im Inneren des Faltenbalges 01, der Laserstrahl die Faltenbalgwand 06 berührt, kann
es in einem Abschnitt des Faltenbalges 01 zu einem Brand
der Faltenbalgwand 06 kommen. Dann würde aber mit großer Wahrscheinlichkeit
nicht nur die Faltenbalgwand 06 durch den Brand zerstört, sondern
ebenfalls das an der Faltenbalgwand 06 befestigte gewebeartige
Sensorelement 05. Aufgrund seines textilen Charakters ist nämlich das
gewebeartige Sensorelement 05 leicht entflammbar und zerstörbar. Nach
dem Brand ist somit die durchgehende Verbindung über das gewebeartige Sensorelement 05 vom
einen Ende des Faltenbalges 01 zum anderen Ende des Faltenbalges 01 gestört.
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Diese
Störung
ist beispielsweise über
eine mit der Detektoreinrichtung, insbesondere dem gewebeartigen
Sensorelement 05, verbundene Auswerteeinheit detektierbar.
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Ein
wesentlicher Vorteil des gewebeartige Sensorelementes 05 ist,
dass durch seine Verwendung eine maximale Prozesssicherheit gewährleistet ist.
So ist dieses gewebeartige Sensorelement 05 nämlich knickbeständig und
elastisch. Dies bietet besondere Vorteile hinsichtlich der Vielzahl
von Knickstellen des gewebeartigen Sensorelementes 05 an den
Falten der Faltenbalgwand 06. Diese Knickstellen werden
nämlich
durch eine Veränderung
des Verlaufes des Faltenbalges 01 und eine damit verbundene Änderung
der Faltenstellung des Faltenbalges 01 extrem beansprucht.
Bei Verwendung eines weniger knickbeständigen und elastischen Materials
kann es aufgrund dieser Beanspruchung schon zu einer Störung der
elektrischen Verbindung über
das gewebeartige Sensorelement 05 vom einen Ende des Faltenbalges 01 zum
anderen Ende des Faltenbalges 01 hin kommen. Andererseits
könnte
bei Verwendung eines weniger entflammbaren Materials während eines
Brandes das gewebeartige Sensorelement 05 dem Brand standhalten.
In einem solchen Fall würde die
elektrische Verbindung vom einen Ende des Faltenbalges 01 zum
anderen Ende des Faltenbalges 01 hin nicht gestört werden.
Diese Fälle
der Prozessunsicherheit können
durch das beschriebene gewebeartige Sensorelement 05 im
Wesentlichen vermieden werden.
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2 zeigt
den erfindungsgemäßen Faltenbalg
gemäß 1 in
einem Querschnitt. Die Zeichnung stellt drei Sensorelemente 05 zur
gleichzeitigen Veranschaulichung dar. Dies ist jedoch nur als beispielhafte
Veranschaulichung von drei Ausführungsformen
in einer Zeichnung zu verstehen. Es werden selten alle drei Ausführungsformen
in einem Faltenbalg realisiert.
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Das
gewebeartige Sensorelement 07 ist, genau wie das gewebeartige
Sensorelement 05, außen an
der Faltenbalgwand 06 befestigt. Das gewebeartige Sensorelement 08 ist
auf der Innenseite der Faltenbalgwand 06 befestigt. Diese
Befestigungsvariante kann gegenüber
der erstgenannten einen Schutz des gewebeartigen Sensorelementes 08 gegenüber äußeren Einflüssen bieten.
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Das
gewebeartige Sensorelement 09 ist in einem Überlappbereich
der Faltenbalgwand 06 eingeschlossen. Dieser Überlappbereich
wird durch einen ersten Überlappabschnitt
der Faltenbalgwand 06 und einen zweiten Überlappabschnitt 11 der
Faltenbalgwand 06 gebildet. Er kann beispielsweise im Herstellungsprozess
des Faltenbalges 01 entstehen, wenn dieser aus einer Rohmaterialbahn
zusammengefügt
wird. Zwischen den zwei Überlappabschnitten 10, 11 entsteht
eine Tasche, in die das gewebeartige Sensorelement 09 eingebracht
werden kann. Diese Ausführungsform
bietet einen besonderen Schutz gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen.
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Im
Herstellungsprozess wird das gewebeartige Sensorelement 09 zunächst mit
doppelseitigem Klebeband auf dem zweiten Überlappabschnitt 11 befestigt.
Danach wird der zweite Überlappabschnitt 11 zusammen
mit dem gewebeartigen Sensorelement 09 vom ersten Überlappabschnitt 10 überdeckt. Die
Verklebebereiche 12 rechts und links neben dem gewebeartigen
Sensorelement 09 zwischen den zwei Überlappabschnitten 10, 11 werden
beispielsweise mit Dekapren 7924 verklebt. Das Sensorelement 09 hat
keinen Kontakt zum Kleber.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
der Befestigung des Sensorelementes 13 im Bereich I der
Faltenbalgwand 06. Die Faltenbalgwand 06 besteht
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem doppellagigen Laminat mit einer ersten Laminatschicht 14 und einer
zweiten Laminatschicht 15. Dabei wird das gewebeartige
Sensorelement 13 im Gegensatz zum gewebeartigen Sensorelement 09,
welches zwischen zwei Überlappabschnitten 10, 11 der
Faltenbalgwand 06 befestigt wird, zwischen den zwei Laminatschichten 14, 15 der
Faltenbalgwand 06 befestigt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil,
dass eine Fixierung des gewebeartigen Sensorelementes 13 während des
Fertigungsprozesses des Faltenbalges 01 entfällt.