DE202007015908U1

DE202007015908U1 - Einrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Laserschneiden, Laserschweißen und Schutzgasschweißen

Info

Publication number: DE202007015908U1
Application number: DE202007015908U
Authority: DE
Original assignee: RERUCHA GmbH; Handte Umwelttechnik GmbH
Current assignee: RERUCHA GmbH; Camfil APC GmbH
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2017-11-06

Abstract

Einrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Laserschneiden, Laserschweißen und Schutzgasschweißen, mit wenigstens einer Zuführung von Schutzgas zu einem Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine und mit einer nachgeschalteten Filteranlage, der das Schutzgas zusammen mit bei der Bearbeitung der Werkstücke anfallenden Emissionen, Stäuben und dergleichen, zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranlage (7) in einem Schutzgas-Kreislauf liegt und über wenigstens eine Rückführleitung (9) für das gefilterte Schutzgas mit einem die Werkzeugmaschine (1) aufnehmenden Arbeitsraum (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Laserschneiden, Laserschweißen und Schutzgasschweißen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 10.
Insbesondere beim Laserschneiden und Laserschweißen wird Schutzgas eingesetzt, das im Regelfall Stickstoff ist, um Oxidationen am Werkstück zu verhindern. Als Schutzgas wird beispielsweise auch Argon eingesetzt. Das Schutzgas mit den bei der Bearbeitung frei werdenden Emissionen, Stäuben und dergleichen wird einer nachgeschalteten Filteranlage zugeführt. Gleichzeitig wird auch verunreinigte Umgebungsluft abgesaugt. Nach dem Reinigen in der Filteranlage wird das gereinigte Schutzgas in die Umgebung abgegeben. Aufgrund des Schutzgasgehaltes ist der Sauerstoffanteil in der Filteranlage verringert, beispielsweise um 1 bis 2 % im Vergleich zur atmosphärischen Luft. Trotz dieses verringerten Sauerstoffgehaltes kommt es vor, dass die in der Filteranlage zurückgehaltenen Emissionen bzw. Stäube sich entzünden und zu einem Filterbrand führen, da diese Stäube leicht entzündbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung so auszubilden, dass ein problemloses Arbeiten möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 10 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Anspruch 1 wird das Schutzgas nach der Reinigung in der Filteranlage nicht an die Umgebung abgegeben, sondern über die Rückführleitung zurück zum Arbeitsraum geführt. Das Schutzgas wird somit in einem Kreislauf durch die Einrichtung geführt. Da im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine stets neues Schutzgas zugeführt wird, das sich mit dem gereinigten rückgeführten Schutzgas vermischt, wird der Sauerstoffanteil in diesem Gasgemisch stetig verringert. Er wird innerhalb kürzester Zeit so gering, dass sich die in der Filteranlage zurückgehaltenen Emissionen bzw. Stäube nicht mehr entzünden können, weil der Sauerstoffanteil für eine Entzündung nicht mehr ausreicht. Auf diese kostengünstige Weise kann zuverlässig ein Filterbrand verhindert werden.
Bei einer weiteren Ausbildung ist für das Schutzgas ein Speicher vorgesehen, der an die Filteranlage angeschlossen ist. Sollte trotz des geringen Sauerstoffgehaltes ein Brand in der Filteranlage entstehen, wird das Schutzgas aus diesem Speicher direkt in die Filteranlage als Löschgas eingebracht. Aufgrund dieses Speichers kann eine gesonderte Löschanlage eingespart werden.
Die Einrichtung nach Anspruch 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Vorratsbehälter wenigstens zwei voneinander getrennte Kammern enthält, die jeweils an wenigstens ein Molsieb angeschlossen sind. Über die Druckluftleitung wird Druckluft in das Molsieb eingebracht, das den Sauerstoffanteil in der Druckluft verringert. Dieser sauerstoffreduzierte Anteil der Luft wird der einen Kammer des Vorratsbehälters zugeführt. Der andere Teil der Druckluft wird über das Molsieb der anderen Kammer des Vorratsbehälters zugeführt. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Befüllung der beiden Kammern des Vorratsbehälters mit sauerstoffreduzierter Luft sowie mit reinem Sauerstoff gewährleistet, so dass die bislang hierfür eingesetzten Sauerstoff- und Stickstoffflaschen eingespart werden können. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch ein Auswechseln dieser Flaschen nicht mehr notwendig, das mit erheblichem Aufwand verbunden ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung,
2 in schematischer Darstellung einen Vorratsbehälter der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zugeordneter Molmembran.
Mit der Einrichtung wird ein Schutzgas im Kreislauf geführt, um die Brandgefahr von leicht brennbaren Emissionen in Filteranlagen zu verhindern. Die Kreislaufführung des Schutzgases wird insbesondere bei Schweiß- oder Schneidprozessen, wie Laserschneiden oder Laserschweißen, eingesetzt, bei denen die Werkstücke aus Materialien bestehen, deren bei der Bearbeitung anfallende Stäube leicht entzündbar sind. In 1 ist schematisch eine Werkzeugmaschine 1 dargestellt, die im Ausführungsbeispiel eine Laserschweißmaschine ist. Sie befindet sich vorteilhaft in einer gehäuseartigen Umkleidung 2, die wenigstens einen Einlass 3 für das im Kreislauf geführte Schutzgas aufweist. Wie in 1 durch Strömungspfeile angedeutet, wird dieses Schutzgas dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1 zugeführt. Die Umkleidung 2, die einen Arbeitsraum 5 umschließt, ist mit wenigstens einem weiteren Einlass 4 versehen, durch den frisches Schutzgas ständig dem Arbeitsraum 5 zugeführt wird. Als Schutzgas wird vorteilhaft Stickstoff eingesetzt. Für das Schutzgas kommt aber auch Argon und insbesondere sauerstoffarme Luft in Betracht. Insbesondere beim Laserschneiden und Laserschweißen dient das Schutzgas dazu, Oxydationen am Werkstück zu verhindern. Dadurch wird ein sauber bearbeitetes Werkstück erhalten. Das Schutzgas nimmt die bei der Werkstückbearbeitung anfallenden Emissionen bzw. Stäube auf. Dieses Gemisch aus Schutzgas und Emissionen wird aus dem Arbeitsraum 5 ständig abgesaugt und über wenigstens eine Absaugleitung 6 einer Filtereinheit 7 zugeführt. Sie enthält Filterelemente 8, in denen die im Schutzgas mitgeführten Emissionen, Stäube und dergleichen zurückgehalten werden. Das auf diese Weise gereinigte Schutzgas wird über wenigstens eine Leitung 9 abgesaugt. In ihr befindet sich vorteilhaft ein Kühlelement 10, vorzugsweise ein Wärmetauscher, an dem das Schutzgas vor dem Eintritt in den Arbeitsraum 5 gekühlt wird. Das Schutzgas gelangt über den Einlass 3 wieder in den Arbeitsraum 5 zurück. Das über den Einlass 4 zugeführte frische Schutzgas vermischt sich mit dem im Kreislauf geführten Schutzgas. Wird als Schutzgas sauerstoffreduzierte Luft eingesetzt, dann hat die Vermischung der kontinuierlich zugeführten sauerstoffreduzierten Luft und der im Kreislauf geführten sauerstoffreduzierten Luft zur Folge, dass der Sauerstoffanteil im Gasgemisch stetig verringert wird. Dies hängt damit zusammen, dass die sauerstoffreduzierte Luft mit Hilfe eines Molsiebes erzeugt wird, das den Sauerstoffgehalt in zugeführter Druckluft in bekannter Weise verringert. Dieser Sauerstoffanteil wird so weit verringert, dass eine Oxidation nur noch in einem allenfalls geringen Ausmaß stattfinden kann. Insbesondere ist der Sauerstoffgehalt dann so niedrig, dass eine Brandgefahr in der Filteranlage 7 ausgeschlossen ist.
Die Brandgefahr besteht darüber hinaus nicht nur in der Filteranlage 7, sondern überall dort, wo sich die leicht brennbaren Stäube ansammeln. Durch die Sauerstoffreduzierung wird zuverlässig verhindert, dass diese leicht entzündlichen Stäube brennen können.
Der Einsatz von sauerstoffreduzierter Luft hat den Vorteil, dass Luft als kostengünstiges Material jederzeit zur Verfügung steht.
Zur Reinigung der Trockenfilterelemente 8 wird vorteilhaft ebenfalls Stickstoff oder sauerstoffreduzierte Luft eingesetzt. Hierfür ist ein Vorratsbehälter 11 vorgesehen, der das zur Reinigung erforderliche Medium bereithält. Vom Vorratsbehälter 11 aus kann das Medium über eine Leitung 12 der Filtereinheit 7 zugeführt werden. Über eine weitere Leitung 13 kann das Medium bei Bedarf in die Absaugleitung 6 eingeleitet werden. Das Medium kann auch an jeder anderen Stelle des Kreislaufes zugeführt werden.
Als Reinigungsmedium kann Stickstoff verwendet werden, der im Vorratsbehälter 11 gespeichert ist. Als Reinigungsmedium kann aber auch sauerstoffreduzierte Luft eingesetzt werden. Um sie zu erzeugen, ist dem Vorratsbehälter 11 ein Molsieb 14 vorgeschaltet. Die Ausbildung und Wirkungsweise des Molsiebes 14 sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert. Dem Molsieb 14 wird über wenigstens eine Leitung 15 Druckluft zugeführt, der im Molsieb 14 Sauerstoff entzogen wird. Mit dem Molsieb kann der Sauerstoffgehalt der Druckluft im erforderlichen Maße verringert werden. Da an den Filterelementen 8 brennbare Stäube abgelagert sind, wird mit dem Molsieb 14 der Sauerstoffgehalt der Druckluft so weit herabgesetzt, dass diese abgelagerten Stäube sich nicht entzünden können. Grundsätzlich ist es auch möglich, zur Verringerung des Sauerstoffgehalts mehr Schutzgas zuzuführen. Wird reiner Stickstoff als Schutzgas eingesetzt, kann als Ergänzung des Stickstoffes sauerstoffreduzierte Luft verwendet werden. Sie wird vorteilhaft dem Molsieb entnommen.
Das im Vorratsbehälter 11 befindliche Medium kann im Falle eines Brandes in der Filteranlage 7 als Löschgas herangezogen werden. Der Vorratsbehälter 11 hat in diesem Falle ein solches Speichervolumen, dass ausreichend Löschgas vorgehalten werden kann. Das im Vorratsbehälter 11 befindliche Medium kann somit nicht nur zur Reinigung der Filterelemente 8 in der Filteranlage 7 oder zum Nachfüllen von Schutzgas in die Absaugleitung 6, sondern auch als Löschgasspeicher eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine gesonderte Löschanlage für die Filteranlage 7 nicht notwendig ist.
In der Leitung 9 befindet sich vorteilhaft eine Volumenstromregelung 16, mit der der Volumenstrom durch die Leitung 9 gemessen und erforderlichenfalls geregelt werden kann.
Vorteilhaft ist es, in der Leitung 9 einen Sensor 17 vorzusehen, mit dem der Sauerstoffgehalt des im Kreislauf geführten Schutzgases (sauerstoffarme Luft) erfasst wird. Sobald der Sauerstoffgehalt einen vorgegebenen Wert im Schutzgas unterschreitet, beispielsweise einen Wert von weniger als 10 %, wird ein Schaltsignal an die (nicht dargestellte) Steuerung gegeben, die dann die Reinigung der Filterelemente 8 der Filteranlage 7 einleitet. Auch kann über den Sensor 17 beispielsweise der CO-Gehalt des Schutzgases gemessen werden. Sobald er einen bestimmten Wert überschreitet, deutet dies auf einen Brand hin. Der Sensor 17 sendet dann ein entsprechendes Signal an die Steuerung, um die Löschung des Brandes selbsttätig einzuleiten.
Beim Laserschweißen, beim Laserschneiden sowie beim Schutzgasschweißen wird eine Schneiddüse eingesetzt, der sauerstoffreduzierte Luft sowie reiner Sauerstoff zugeführt werden. Beide Komponenten werden in einem Vorratsbehälter 18 gespeichert, der wenigstens eine Kammer 19 für die sauerstoffreduzierte Luft und wenigstens eine Kammer 20 für den reinen Sauerstoff aufweist. Beide Gase werden mit Hilfe eines Molsiebes 21 erzeugt, dem über eine Leitung 22 Druckluft zugeführt wird. Innerhalb des Molsiebes 21 wird ein Teil des Sauerstoffes aus der Druckluft abgeschieden, so dass die aus dem Molsieb 21 über die Leitung 23 austretende Luft einen geringeren Sauerstoffanteil als die Druckluft aufweist. Diese sauerstoffreduzierte Luft wird über die Leitung 23 in die Kammer 19 des Vorratsbehälters 18 geleitet. Der andere Teil der Druckluft wird über eine Leitung 24 in die Kammer 20 des Vorratsbehälters 18 geleitet. Aus den beiden Kammern 19, 20 werden die sauerstoffreduzierte Luft und der reine Sauerstoff über Leitungen 25, 26 der Düse zugeführt. Je nach Bedarf werden beide Gase gleichzeitig oder unabhängig voneinander zugeführt. Werden beispielsweise Bleche, die eine Stärke von beispielhaft weniger als 15 mm haben, durch Laserschneiden bearbeitet, dann wird lediglich der Kammer 19 sauerstoffreduzierte Luft entnommen, die beim Laserschneiden als Schutzgas eingesetzt wird. Der reine Sauerstoff aus der Kammer 20 des Vorratsbehälters 18 wird beim Laser schneiden bzw. Laserschweißen dann verwendet, wenn Bleche bearbeitet werden, deren Dicke beispielsweise größer als etwa 15 mm ist.
Durch den Einsatz des Molsiebes 21 werden die sauerstoffreduzierte Luft sowie der reine Sauerstoff stetig aus der Druckluft erzeugt, die üblicherweise in den Bereichen, in denen mit Werkzeugmaschinen gearbeitet wird, zur Verfügung steht. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, Sauerstoff- und Stickstoffflaschen einzusetzen, die nicht nur teuer sind, sondern auch erheblichen Aufwand beim Austausch erfordern.

Claims

Einrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Laserschneiden, Laserschweißen und Schutzgasschweißen, mit wenigstens einer Zuführung von Schutzgas zu einem Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine und mit einer nachgeschalteten Filteranlage, der das Schutzgas zusammen mit bei der Bearbeitung der Werkstücke anfallenden Emissionen, Stäuben und dergleichen, zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranlage (7) in einem Schutzgas-Kreislauf liegt und über wenigstens eine Rückführleitung (9) für das gefilterte Schutzgas mit einem die Werkzeugmaschine (1) aufnehmenden Arbeitsraum (5) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) wenigstens ein Kühlelement (10), vorzugsweise ein Wärmetauscher, liegt.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Arbeitsraum (5) wenigstens eine Leitung (4) für die Zuführung von Schutzgas mündet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas Stickstoff ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas sauerstoffreduzierte Luft ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas in einem Speicher (11) vorgehalten ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (11) an eine Absaugleitung (6) zwischen dem Arbeitsraum (5) und der Filteranlage (7) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Speicher (11) wenigstens ein Molsieb (14) vorgeschaltet ist, an das eine Druckluftleitung (15) angeschlossen ist.
Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (11) an die Filteranlage (7) angeschlossen ist.
Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Vorratsbehälter (18) vorgesehen ist, der wenigstens zwei Kammern (19, 20) aufweist, die an wenigstens ein Molsieb (21) angeschlossen sind, das an wenigstens eine Druckluftleitung (22) angeschlossen ist, und dass an die Kammern (19, 20) jeweils wenigstens eine Auslassleitung (25, 26) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Kammer (19) sauerstoffreduzier te Luft enthält.
Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Kammer (20) Sauerstoff enthält.