DE202005021296U1 - Vorrichtung zur Behandlung von Werkstückoberflächen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Reinigen von Werkstückoberflächen mit
einem ortsfest an der Bearbeitungszelle (2) angeordneten Laserkopf
(16) und mit einer Werkstückspindel
(11), die zum Greifen, Transportieren, Positionieren, Antreiben
und Ablegen von Werkstücken
(13) dient, die in Richtung der vertikal verlaufenden Z-Achse verfahrbar
ist und in einem Schlitten (4) angeordnet ist, der auf horizontal
verlaufenden Führungen
(3) in X-Achsenrichtung verfahrbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlachse (19) des Laserkopfes
(16) gegenüber
der Rotationsachse (20) um einen Winkel α geneigt ist, und dass durch Bewegen
der Werkstückspindel
(11) in Richtung der X- und/oder Z-Achse sowohl parallel zur Rotationsachse
(20) verlaufende Werkstückoberflächen (17)
als auch orthogonal dazu angeordnete Planflächen (18) mit Laserstrahlung beaufschlagbar
sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Werkstückoberflächen mittels Laserstrahlen, insbesondere zum Reinigen und Schweißen.
- Beim Verbindungsschweißen von metallischen Werkstücken besteht i.d.R. die Forderung nach metallisch blanken Oberflächen. Ein geeignetes Verfahren zur Reinigung von Oberflächen, wie z.B. Entzundern, Entrosten, Entfetten, Entölen oder Entlacken ist die Behandlung mittels Laserstrahl. Dabei wird ein meist fokussierter Laserstrahl auf die Werkstückoberfläche gerichtet. Hierdurch werden Oberflächenschichten lokal aufgeschmolzen und verdampft. Sie können dann abgeblasen werden. Um ein Anschmelzen der zu reinigenden Oberfläche zu vermeiden, sind die Prozessparameter wie Laserwellenlänge, Leistungsdichte und Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Laserstrahl exakt einzustellen. Aus der
DE 199 00 910 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen bekannt, wobei die von einer Strahlenquelle austretende Laserstrahlung über Lichtleiter einem Bearbeitungskopf zugeführt wird. Um eine an die Anwendungsprozesse angepasste Ablenkungsbahn des Laserstrahls auf der zu behandelnden Oberfläche zu erzeugen, ist eine Strahlablenkung mit zwei über eine Steuereinrichtung winkelveränderlichen Ablenkspiegeln vorgesehen. - Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Oberflächen von Werkstücken wirtschaftlicher gereinigt und geschweißt werden können.
- Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin die gewünschte Relativbewegung zwischen Werkstückoberfläche und Laserstrahl durch Bewegen des Werkstücks zu erzeugen. Hierzu kann eine Werkstückspindel, die zum Transportieren und Positionieren des Werkstücks gesteuert beweglich ist, zusätzlich die für das Reinigen erforderlichen Bewegungen ausführen. Dabei ist der Laserkopf ortsfest am Maschinengestell angeordnet und die im Stand der Technik erforderlichen oszillierenden Ablenkspiegel mit den dazugehörigen Antriebs- und Stellmechanismen entfallen ersatzlos. Besonders vorteilhaft lässt sich die Vorrichtung zur Reinigung rotationssymmetrischer Flächen einsetzen. Die Relativbewegung zwischen Werkstückoberfläche und Laserstrahl wird dabei durch Rotation des Werkstücks und eine überlagerte lineare Vorschubbewegung erzeugt. Dieser Bewegungsablauf ist mit der Bewegung bei der Werkstückbearbeitung durch Drehen vergleichbar. Bei einer vorteilhaften Ausführung ist die Einstrahlachse des Lasers gegenüber der Rotationsachse vorzugsweise um einen Neigungswinkel von 45° geneigt. Auf diese Weise können sowohl konzentrisch zur Werkstückachse verlaufende zylindrische Flächen als auch senkrecht dazu angeordnete Planflächen gereinigt werden. Bei einer weiteren Ausführung wird der Laser winkelabhängig leistungsmoduliert. Hierdurch lassen sich bzw. durch Ein- und Ausschalten entsprechende Muster erzeugen. Bei einer weiteren Ausführung werden die durch Fliehkraft vom Werkstück abgeschleuderten Schmutzpartikel von einer Abschirmung aufgefangen. Eine weitere Ausführung sieht vor, die Wirkung des Laserstrahls durch einen Blasluftstrahl zu unterstützen. Als Laserstrahlquelle wird ein CO2-Laser eingesetzt. Es können jedoch ebenso Festkörperlaser oder Hochleistungsdiodenlaser verwendet werden.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach
1 sind die Bearbeitungszelle2 , die Laserquelle5 und der die Energieversorgung und die Steuerung aufnehmende Schaltschrank6 auf einem Trägerelement1 montiert. Die Bearbeitungszelle2 trägt an ihrer Oberseite Führungsbahnen3 , auf denen der Horizontalschlitten4 in Richtung der X-Achse beweglich geführt ist. Der Antrieb erfolgt über eine Kugelrollspindel7 mit einem Motor8 . Der Horizontalschlitten4 trägt einen Vertikalschlitten9 , welcher entlang von Führungsbahnen10 in vertikaler Richtung entlang der Z-Achse verfahrbar ist. Am Vertikalschlitten4 ist die Werkstückspindel11 drehbar gelagert. Sie trägt an ihrem unteren Ende das Spannmittel12 . Eine Transporteinrichtung14 transportiert zu bearbeitende Werkstücke13 in den Wirkbereich der Werkstückspindel11 hinein und fertig bearbeitete Werkstücke13 aus dem Wirkbereich heraus. Die Werkstückspindel11 arbeitet nach dem sogenannten Pick-Up-Prinzip, d.h. sie greift Werkstücke13 von der Transporteinrichtung14 und führt zur Bearbeitungsposition15 . Dort wird die Werkstückoberfläche über den Laserkopf13 mit Laserstrahlen beaufschlagt. Dabei rotiert das Werkstück13 um die C-Achse und wird nach erfolgter Bearbeitung wieder auf der Transporteinrichtung14 abgelegt. Der Laserkopf16 ist ortsfest mit der Bearbeitungszelle2 verbunden und wird nicht bewegt. -
2 zeigt die Motorspindel11 in vergrößerter Darstellung. Die Einstrahlachse19 ist um einen Winkel α gegenüber der Rotationsachse20 geneigt. Bei einem Neigungswinkel α von ca. 45° lassen sich sowohl in Richtung der Rotationsachse20 verlaufende Werkstückoberflächen17 als auch senkrecht dazu angeordnete Planflächen18 bearbeiten, ohne dass der Laserkopf16 bewegt werden muss. -
- 1
- Trägerelement
- 2
- Bearbeitungszelle
- 3
- Führungsbahn
- 4
- Horizontalschlitten
- 5
- Laserquelle
- 6
- Schaltschrank
- 7
- Kugelrollspindel
- 8
- Motor
- 9
- Vertikalschlitten
- 10
- Führungsbahnen
- 11
- Werkstückspindel
- 12
- Spannmittel
- 13
- Werkstück
- 14
- Transporteinrichtung
- 15
- Bearbeitungsposition
- 16
- Laserkopf
- 17
- Werkstückoberfläche
- 18
- Planfläche
- 19
- Einstrahlachse
- 20
- Rotationsachse
- 21
- Abschirmung
- 22
- Blasluftstrahl
Claims (3)
- Vorrichtung zum Reinigen von Werkstückoberflächen mit einem ortsfest an der Bearbeitungszelle (
2 ) angeordneten Laserkopf (16 ) und mit einer Werkstückspindel (11 ), die zum Greifen, Transportieren, Positionieren, Antreiben und Ablegen von Werkstücken (13 ) dient, die in Richtung der vertikal verlaufenden Z-Achse verfahrbar ist und in einem Schlitten (4 ) angeordnet ist, der auf horizontal verlaufenden Führungen (3 ) in X-Achsenrichtung verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlachse (19 ) des Laserkopfes (16 ) gegenüber der Rotationsachse (20 ) um einen Winkel α geneigt ist, und dass durch Bewegen der Werkstückspindel (11 ) in Richtung der X- und/oder Z-Achse sowohl parallel zur Rotationsachse (20 ) verlaufende Werkstückoberflächen (17 ) als auch orthogonal dazu angeordnete Planflächen (18 ) mit Laserstrahlung beaufschlagbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α zwischen Einstrahlachse (
19 ) und Rotationsachse (20 ) circa 45° beträgt. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auffangen vom abgeschleuderten Schmutzpartikeln eine Abschirmung (
21 ) vorgesehen ist.
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Owner name: EMAG HOLDING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: EMAG LASER TEC GMBH, 73084 SALACH, DE Effective date: 20090123 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20110630 |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
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