DE202011051161U1

DE202011051161U1 - Schneideinrichtung

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Publication number: DE202011051161U1
Application number: DE202011051161U
Authority: DE
Original assignee: CONNTRONIC PROZESS und AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH; CONNTRONIC PROZESS- und AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: CONNTRONIC PROZESS und AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH; CONNTRONIC PROZESS- und AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: WO2013030328A1; DE112012003585A5

Abstract

Schneideinrichtung für Werkstücke (2), insbesondere Rohre, wobei die Schneideinrichtung (1) mindestens einen Schneidkopf (18, 19, 20) aufweist, der einen Schneidstrahl (21), insbesondere einen Laserstrahl emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (1) eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren umfangseitig am Werkstück (2) verteilt angeordneten und auf das Werkstück (2) gerichteten Schneidköpfen (18, 19, 20) sowie eine Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Relativbewegung, insbesondere einer Relativdrehung, zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung für Werkstücke, insbesondere Rohre, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der Praxis ist es bekannt, Rohre mit Laserschneidköpfen abzuschneiden bzw. zu trennen, wobei ein einzelner Laserschneidkopf rund um das Werkstück herumbewegt wird oder das Rohr relativ zu einem stehenden Laserschneidkopf gedreht wird. Hierbei liegt die Trennebene senkrecht zur Rohrachse.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Schneidtechnik aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die beanspruchte Schneidkopfanordnung hat den Vorteil, dass der Trennschnitt von mehreren Schneidköpfen gleichzeitig und gemeinsam durchgeführt wird. Dies verkürzt einerseits die Prozesszeit. Andererseits kann bei einer Bewegung der Schneidköpfe relativ zum Werkzeug der Bewegungsweg verkleinert und ggf. reversiert werden. Dies erleichtert und vereinfacht die Strahlzuführung oder Leitungsführung.
Bei der beanspruchten Schneidtechnik kann die Kinematik der Relativbewegung zwischen Werkstück und Schneidkopfanordnung in unterschiedlicher Weise ausgebildet und kann auch veränderlich sein. Durch die Bewegungseinrichtung und deren Kinematik können unterschiedlichste Schnitte an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks gesetzt werden. Mit der Schneidtechnik können insbesondere an einem Werkstück, vorzugsweise einem rohrförmigen Werkstück, Trennschnitte am Umfang mit beliebigem Verlauf und beliebiger Ausrichtung gesetzt werden. Es ist außerdem möglich, an anderen Werkstückstellen, z.B. an seitlichen Ansätzen, weitere Trennschnitte zu setzen. Außerdem ist es möglich, am Werkstückmantel beliebig geformte Löcher bzw. insbesondere Wanddurchbrüche auszuschneiden.
Die Bewegungseinrichtung kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. Das Werkstück kann relativ zu einer ruhenden Schneidkopfanordnung bewegt, vorzugsweise gedreht werden. Die Kinematik kann auch umgekehrt sein, wobei die Schneidkopfanordnung relativ zum ruhenden Werkstück bewegt wird. In Abwandlung können ferner das Werkstück und die Schneidkopfanordnung relativ zueinander und in aufeinander abgestimmter Weise bewegt werden. Die Bewegungseinrichtung ist hierfür entsprechend ausgebildet
Für das Werkstück kann eine kinematisch einfache Halte- oder Spanneinrichtung genügen, die z.B. stationär angeordnet ist und ggf. manuell beschickt wird. Eine Halteeinrichtung kann auch begrenzt beweglich sein, wobei sie z.B. nur eine lineare oder rotatorische Zustellachse hat.
Vorzugsweise ist für das Werkstück eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung, insbesondere ein Roboter, vorgesehen. Die Bewegungseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Positioniereinrichtung mit ein oder mehreren steuerbaren Stelleinrichtungen für die Bewegung der Schneidköpfe aufweisen, ggf. unter Einsatz eines Gestells. In den Unteransprüchen sind hierfür unterschiedliche Ausführungsformen angegeben.
Die Schneidkopfanordnung weist mehrere um das Werkstück innen und/oder außen verteilt angeordnete Schneidköpfe auf, die aus unterschiedlichen Richtungen einen Schneidstrahl auf das Werkstück richten. Die Schneidkopfverteilung kann so gewählt werden, dass die emittierten Schneidstrahlen unterschiedliche Raumwinkel haben. Sie können sich dabei in der Projektion gemeinsam an einer zentralen Achse des Werkstücks schneiden. Durch die unterschiedlichen Raumwinkel und insbesondere auch eine vorzugsweise ungerade Zahl von Schneidköpfen können einander diametral gegenüberliegende Schneidkopflagen und damit ein gegenseitiger Strahlenbeschuss der Schneidköpfe vermieden werden.
Die Schneideinrichtung kann eine Zu- und Abführung für die Werkstücke aufweisen. Die Zuführung kann definiert oder undefiniert sein, wobei ggf. eine Sensorik, insbesondere eine digitale Messkamera, die Ist-Lage des Werkstücks erfasst und die Bewegungseinrichtung entsprechend steuert. Die Werkstückabfuhr kann zufällig oder bei Abtrennung unterschiedlicher Werkstückteile mit einer gezielten Verteilung erfolgen.
Die Anordnung eines Gestells mit einer Positioniereinrichtung für die Schneidkopfanordnung ist für die einfache Zu- und Abfuhr von Werkstücken besonders günstig. Die Schneidvorrichtung kann auch eine Reinigungsvorrichtung, insbesondere eine Blasvorrichtung für die rohrförmigen Werkstücke, aufweisen. Mittels einer Umgreifeinrichtung kann eine Handhabungseinrichtung ihre Greifstellung am Werkstück bei Bedarf ändern.
Die Schneidtechnik kann mit unterschiedlichen Arten von Schneidstrahlen arbeiten. Vorzugsweise kommen Laserschneidköpfe und emittierte Laserstrahlen zum Einsatz. Alternativ können andere energiereiche Strahlen, z.B. Hochdruck-Wasserstrahlen, Plasmastrahlen, Elektronenstrahlen oder dgl. von entsprechend geeigneten Schneidköpfen emittiert werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
1: eine Schneideinrichtung mit einer Handhabungseinrichtung für ein Werkzeug und einer Positioniereinrichtung für eine Schneidkopfanordnung in einer schematischen Seitenansicht,
2: eine teilweise abgebrochene perspektivische Ansicht der Schneideinrichtung von 1,
3: eine perspektivische Ansicht der Schneidkopfanordnung und deren Positioniereinrichtung von 2 in einer anderen perspektivischen Ansicht,
4: eine Seitenansicht der Anordnung von 3,
5: eine Draufsicht gemäß Pfeil V der Anordnung von 4 und
6: eine andere Seitenansicht gemäß Pfeil VI der Anordnung von 4.
Die Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung (1) für Werkstücke (2), insbesondere für Rohre. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schneiden, insbesondere Trennen, von Werkstücken (2).
Die Werkstücke können von beliebiger Art und Größe sein. Bevorzugt handelt es sich um rohrförmige Werkstücke (2), die einen Mantel (7) und einen innenliegenden Hohlraum (8) aufweisen. Die Werkstücke (2) können auch massiv sein. Sie können eine gerade oder gebogene Formgebung aufweisen.
Außerdem können sie einen oder mehrere seitlich abstehende Ansätze (9) oder Arme besitzen. 1 zeigt diese Anordnung. Die Werkstücke (2) können auch eine verzweigte Ausbildung haben. Sie können einteilig oder mehrteilig sein. Sie haben ferner an dem zu bearbeitenden Werkstückbereich, insbesondere der Schneid- oder Trennstelle (11) eine vorzugsweise zentrale Achse (10) und ggf. eine gerade Erstreckung.
Vorzugsweise bestehen die Werkstücke (2) aus einem metallischen Material, insbesondere aus Stahl oder Buntmetallen. Alternativ können sie aus beliebigen anderen Werkstoffen bestehen. Die Werkstücke (2) können in beliebiger Weise hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich um Hydroformteile, EMK-Formteile, Gussteile, Zieh- oder Walzteile, Schweißteile oder dgl. handeln.
Die Schneideinrichtung (1) weist eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren Schneidköpfen (18, 19, 20) auf, die umfangseitig um das Werkstück (2) verteilt angeordnet sind. Ferner hat die Schneideinrichtung (1) eine Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2).
Die Schneidkopfanordnung (3) weist mehrere Schneidköpfe (18, 19, 20) auf, deren Zahl wählbar ist. Es sind mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Schneidköpfe (18, 19, 20) vorhanden. Die Schneidkopfzahl ist vorzugsweise ungerade. Wie 1 und 2 z.B. verdeutlichen, sind die Schneidköpfe gleichmäßig verteilt außen um das Werkstück (2) angeordnet. Die Anordnung kann alternativ innerhalb eines entsprechend großen Werkstücks (2) sein. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) emittieren jeweils einen Schneidstrahl (21) und sind mit unterschiedlichen Strahlorientierungen auf das Werkstück (2) gerichtet. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) sind vorzugsweise derart verteilt angeordnet, dass die emittierten Schneistrahlen (21) unterschiedliche Raumwinkel haben und nicht miteinander fluchten. Dies vermeidet gegenseitige Beschädigungen der Schneidköpfe (18, 19, 20) im Betrieb.
Die Schneidköpfe (18, 19, 20) sind in einem Ring innen oder außen um das Werkstück (2) angeordnet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind sie im Kreis oder Ring außerhalb des Werkstücks (2) angeordnet. Vorzugsweise ist die Schneidkopfanordnung (3) zentrisch zum Werkstück (2) und dabei vorzugsweise zentrisch zu der zentralen Achse (10) angeordnet und ausgerichtet. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) können sich auch in einer gemeinsamen Ebene in der Schneidkopfanordnung (3) befinden.
Die Schneidköpfe (18, 19, 20) sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet. Sie emittierten jeweils mindestens einen Schneidstrahl (21) zum Werkstück (2). Diese energiereiche Strahl bewirkt beim Auftreffen einen Materialabtrag, z.B. durch thermisches Verdampfen, am Werkstück (2), insbesondere am Mantel (7) eines Rohres. Hierdurch kann ein Werkstückteil an einer Schneidstelle (11), z.B. einer umfangseitig umlaufenden Trennstelle, abgeschnitten oder ausgeschnitten werden. Ein Rohr (2) kann hierdurch in mehrere Rohrsegmente unterteilt werden. Ferner ist es möglich, eine oder mehrere beliebig geformte Öffnung(en), z.B. ein ovales Langloch oder dgl., am Rohrmantel (7) oder an einem Ansatz (9) zu bilden. Beispielsweise kann bei dem in 1 gezeigten, rohrförmigen Ansatz (9) der Verschluss bzw. die Kappe an der Trennstelle (11) abgeschnitten und die Ansatz- oder Rohrmündung nach außen geöffnet werden.
Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schneidköpfe (18, 19, 20) als Laserschneidköpfe ausgebildet und emittieren eine oder mehrere Laserstrahlen (21). Die Laserstrahlen werden in geeigneter Weise durch eine in den Schneidkopf (18, 19, 20) integrierte Optik geführt und fokussiert. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) können eine feste Brennweite haben. Sie können alternativ eine veränderliche Brennweite und eine steuerbare Brennweitenverstellung, z.B. ein Autofokussystem, besitzen. Die Fokuslage am Werkstück (2) kann hierdurch gesteuert werden.
Die Schneideinrichtung (1) weist in der gezeigten Ausführungsform eine gemeinsame Strahlquelle (22), z.B. eine Laserstrahlquelle, für die mehreren Schneidköpfe (18, 19, 20) auf. Die Strahlquelle (22) kann z.B. stationär und extern angeordnet sowie über nachführbare Leitungen (23), z.B. flexible Lichtleitfaserkabel, mit den Schneidköpfen (18, 19, 20) verbunden sein. Die Strahlquelle (22) kann schaltbar und in ihrer Leistung steuerbar sein. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) sind ebenfalls einzeln oder gemeinsam schaltbar und in ihrer Leistung steuerbar. Eine Strahlbeeinflussung kann z.B. durch Strahlteiler, Strahlweichen oder dgl. erfolgen. In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform können die Schneidköpfe (18, 19, 20) jeweils eine eigene Strahlquelle (22) aufweisen, die ggf. auch am Schneidkopf angeordnet ist. Zur Sicherung kann eine umgebende Laserkabine vorhanden sein.
Für die Erzeugung der gewünschten Strahl- und Schneid- bzw. Trennkinematik ist die Bewegungseinrichtung (4) vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform weist sie eine Handhabungseinrichtung (12) für das Werkstück (2) und eine Positioniereinrichtung (24) für die Schneidkopfanordnung (3) auf. Das Werkstück (2) und die Schneidkopfanordnung (3) können hierdurch relativ zueinander bewegt werden. Die Handhabungseinrichtung (12) und die Positioniereinrichtung (24) können gemeinsam und in einer gegenseitig abgestimmten Weise gesteuert werden. Hierfür ist vorzugsweise eine gemeinsame Steuerung (16) vorgesehen.
Die Handhabungseinrichtung (12) kann eine oder mehrere rotatorische und/oder translatorische Bewegungsachsen aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform ist sie als mehrachsig beweglicher und programmierbarer Roboter (13) ausgebildet, der z.B. als Gelenkarmroboter mit fünf, sechs oder mehr Achsen ausgeführt sein kann und der am abtriebseitigen Ende eine mehrachsige Hand oder Roboterhand (14) besitzt, die ein ggf. wechselbares Haltewerkzeug (15) für mindestens ein Werkstück (2) trägt. Alternativ kann der Roboter (13) z.B. als Linearroboter mit translatorischen Achsen ausgeführt sein oder kann in weiterer Abwandlung eine Kombination von translatorischen und rotatorischen Achsen aufweisen. Der Roboter (13) kann eine Robotersteuerung aufweisen, in welche die vorerwähnte gemeinsame Steuerung (16) implementiert ist, z.B. in Form von zusätzlichen Roboterachsen.
Die Handhabungseinrichtung (12) kann beim Schneid- oder Trennprozess das Werkstück (2) in einer Ruheposition halten oder kann das Werkstück (2) bewegen. Die Handhabungseinrichtung (2) kann ferner Transport- und Zustellbewegungen ausführen, um die zu bearbeitenden Werkstückstellen in die gewünschte Position und Orientierung gegenüber der Schneidkopfanordnung (3) zu bringen.
Im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) kann eine Werkstückzuführung (5) vorhanden sein, an der die Werkstücke (2) in einer definierten oder undefinierten Lage von der Handhabungseinrichtung (12) aufgenommen werden. Die Schneideinrichtung (1) kann vollautomatisch arbeiten.
Ferner kann im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) eine Umgreifeinrichtung (17) angeordnet sein, in welche die Handhabungseinrichtung (12) bedarfsweise ein Werkstückende einführen und temporär fixieren sowie an einer anderen Werkstückstelle greifen und wieder aufnehmen kann. Auch eine Reinigungsvorrichtung (38) kann sich im besagten Arbeitsbereich befinden, die z.B. als Blaseinrichtung ausgebildet ist und die aus dem hin gehaltenen Rohr (2) Trennpartikel, Verunreinigungen etc. ausbläst.
Die Handhabungseinrichtung (12) positioniert das Werkstück (2) der vorgesehenen Position relativ zur Schneidkopfanordnung (3). Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Positionierung zentrisch und mit zusammenfallenden Achsen, wobei die Achse (10) am zu bearbeitenden Werkstückabschnitt zugleich die zentrale Achse der Werkstückanordnung (3) ist.
Das exakte Positionieren und Orientieren des Werkstücks (2) an der Bearbeitungsstelle kann durch die Robotersteuerung mit Bahnprogrammierung und ein Greifen des Werkstücks (2) aus definierter Lage gewährleistet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schneideinrichtung (1) eine Sensorik (37) an geeigneter Stelle aufweisen, welche die Position und Orientierung des Werkstücks (2) erfasst und bedarfsweise für eine entsprechende Korrekturbeeinflussung der Bewegungseinrichtung (4) sorgt. Die Sensorik (37) kann z.B. gemäß 1 stationär angeordnet und auf die Werkstückzuführung (5) und/oder die Prozess- oder Bearbeitungsstelle gerichtet sein. Sie kann alternativ oder zusätzlich an der Handhabungseinrichtung (12) und/oder der Werkstückzuführung (5) und/oder der Schneidkopfanordnung (3) angeordnet sein.
Die Sensorik (37) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. als optisches Messsystem, insbesondere als Vision-System mit einer digitalen Messkamera und einer Bildauswertung. Die Sensorik (37) kann ebenfalls mit der Steuerung (16) verbunden sein. Sie kann zur Detektion der Werkstücklage beim Aufnehmen und/oder zur Detektion der Werkstücklage (Position und Orientierung) an der Bearbeitungsstelle benutzt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Schneidkopfanordnung (3) beim Schneid- oder Trennprozess relativ zum ruhenden Werkstück (2) bewegt. Hierfür weist sie eine Positioniereinrichtung (24) auf, deren Bestandteile in 3 bis 6 näher dargestellt sind.
Die Positioniereinrichtung (24) weist z.B. ein starres oder bewegliches Gestell (25) für die Schneidkopfanordnung (3) auf. Die Positioniereinrichtung (24) beinhaltet ferner eine oder mehrere steuerbare Stelleinrichtung(en) (26, 27) für die Schneidköpfe (18, 19, 20). Diese können durch die Stelleinrichtung(en) (26, 27) relativ zum Werkstück (2) positioniert und/oder bewegt und/oder ausgerichtet werden. Die Schneidköpfe (18, 19, 20) können dank der Stelleinrichtung(en) (26, 27) um mindestens eine Raumachse verstellbar sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Verstellbarkeit um fünf Achsen gegeben.
Das Gestell (25) wird z.B. von einer platten- oder ringförmigen Basis (28) und einem mit Abstand darüber angeordneten Träger (29) gebildet, an oder auf dem die Schneidkopfanordnung (3) angeordnet ist. Der Träger (29) kann ringförmig, z.B. kreisringförmig, ausgebildet sein und einen Tragring bilden. Auf dem Träger (29) sind die Schneidköpfe (18, 19, 20) in der vorgenannten Verteilung und vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
In der gezeigten Ausführungsform ist dem Gestell (25) eine Stelleinrichtung (26) zugeordnet. Diese kann eine Dreheinrichtung (30) und/oder eine Hubeinrichtung (33) aufweisen. Die Dreheinrichtung (30) kann mit dem Träger (29) zusammenwirken und einen Drehkranz (31) mit einem geeigneten steuerbaren Drehantrieb, z.B. einem elektrischen Zahnkranzantrieb, aufweisen. Der Träger (29) bildet den drehbaren Teil des Drehkranzes (31), wobei der drehfeste Teil des Drehkranzes (31) mit der Basis (28) verbunden ist.
Die Hubeinrichtung (33) ist zwischen der Basis (28) und dem Träger (29) bzw. dem Drehkranz (31) angeordnet. Sie weist mehrere einzeln oder gemeinsam steuerbare Hubelemente (34) auf, die z.B. als Linearantriebe ausgebildet sind. Dies können elektromotorische Spindeltriebe, Zahnstangentriebe, Zylinder oder dgl. sein. Die Hubelemente (34) sind vorzugsweise in gleicher Zahl und Verteilung wie die Schneidköpfe (18, 19, 20) angeordnet und befinden sich direkt unter diesen. Die Hubelemente (34) sind an ihren Enden gelenkig mit dem Drehkranz (31) und der Basis (28) verbunden.
Durch die Hubeinrichtung (33) kann der Drehkranz (31) in Axialrichtung der Achse (10) gehoben und gesenkt werden. Er kann außerdem durch unterschiedliche Höhenverstellung der Hubelemente (34) gekippt werden. In 6 sind die Kinematiken beispielhaft und schematisch dargestellt. Die Kippachse kann an wählbarer Stelle, z.B. gemäß 6 zentrisch und in der Hauptebene von Drehkranz (31) bzw. Träger (29) liegen und kann z.B. die zentrale Achse (10) im rechten Winkel oder schräg schneiden.
Die Stelleinrichtung (27) kann den Schneidköpfen (18, 19, 20) direkt zugeordnet sein und kann deren Verstellung relativ zum Gestell (25) bzw. zum Träger (29) oder zum Drehkranz (31) ermöglichen. Die Stelleinrichtung (27) weist hierfür ein oder mehrere Stellelemente (35, 36) auf. Ein Stellelement (35) kann z.B. als Schwenkeinrichtung ausgebildet sein, mit dem ein Schneidkopf (18, 19, 20) relativ zum Träger (29) nach oben oder unten geschwenkt werden kann, wie dies in 6 beim Schneidkopf (19) gestrichelt dargestellt ist. Ein anderes Stellelement (36) kann als Zustelleinrichtung, z.B. als steuerbarer Linearschlitten, ausgebildet sein, die eine Zustellung des Schneidkopfes (18, 19, 20) in Richtung des emittierten Schneidstrahls (21) relativ zum Werkstück (2) bzw. zur Achse (10) ermöglicht. Die Stelleinrichtung(en) (26, 27) und deren Bestandteile (30, 32, 33, 34, 35, 36) sind mit der Steuerung (16) verbunden.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird zum Abtrennen eines Rohrsegments das Werkstück (2) von der Handhabungseinrichtung (12) zentrisch zur Schneidkopfanordnung (3) und zum Träger (29) positioniert, wobei die Schneidstrahlen (21) in einer gemeinsamen Ebene und senkrecht zur Achse (10) ausgerichtet sind. Durch Betätigung der Dreheinrichtung (30) und des Drehkranzes (31) werden die drei Schneidköpfe (18, 19, 20) um einen Winkel von z.B. 120° oder etwas mehr gedreht, wobei sie mit ihren Schneidstrahlen (21) den Mantel (7) ringförmig durchschneiden und ein Werkstücksegment abtrennen, das dann frei nach unten fällt.
Unter der Schneidkopfanordnung (3) und ggf. innerhalb des Gestells (25) kann eine Werkstückabführung (6), z.B. ein Förderband oder dgl., angeordnet sein, auf die das abgetrennte Werkstückteil, insbesondere Rohrsegment, fällt und nach außen abtransportiert wird. Hierbei kann ggf. für unterschiedliche Werkstückteile, insbesondere Rohrsegmente, eine Selektion und Verteilung sowie ein getrennter Abtransport stattfinden.
In einer anderen Variante kann die Schneidkopfanordnung (3) durch die Hubeinrichtung (33) gekippt und die Wirkebene der Schneidstrahlen (21) schräg zum Werkstück (2) und seiner Achse (10) ausgerichtet werden. Durch eine Drehung der Schneidkopfanordnung (3) ergibt sich dann ein schräger Schnitt.
In einer anderen Variante können während einer Drehung der Schneidkopfanordnung (3) die einzelnen Schneidköpfe (18, 19, 20) eine eigene überlagerte Zusatzbewegung mittels des oder der Stellelemente (35, 36) ausführen. Außerdem kann ggf. eine veränderliche Brennweite verstellt werden. Die Trennlinienkontur wird entsprechend verändert.
Die Drehrichtung der Schneidkopfanordnung (3) ist beliebig wählbar. Sie kann mit den Prozessschritten wechseln bzw. reversieren, wobei der eine Trennschnitt durch eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn und der nächste Trennschnitt durch eine Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung ausgeführt wird. Die Leitungen (23) können dadurch leichter und einfacher nachgeführt und geringer belastet werden. Die Größe des Drehwinkels der Schneidkopfanordnung (3) richtet sich nach der Zahl und Anordnung der Schneidköpfe (18, 19, 20) und nach der Art des gewünschten Schneid- oder Trennvorgangs.
Mit der Schneidkopfanordnung (3) kann in der vorbeschriebenen Weise ein Werkstückteil (2) vollkommen abgetrennt werden. Alternativ können Schlitze oder eine Perforation entlang einer z.B. umfangseitigen Schneid- oder Trennstelle (11) am Werkstück (2), insbesondere an dessen Mantel (7), eingebracht werden. Hierbei können die Werkstückteile noch miteinander verbunden bleiben.
Ferner können mit den einem oder mehreren Schneidköpfen (18, 19, 20) eine oder mehrere Öffnungen am Werkstück (2) bzw. Mantel (7) mit beliebiger Kontur und Verlaufsrichtung angebracht werden. Hierbei werden ein oder mehrere emittierte Schneidstrahlen (21) über Ansteuerung der Schwenkeinrichtung (35) und der Dreheinrichtung (30) mit einem beliebig wählbaren geschlossenen oder offenen Bahnverlauf bewegt.
Zur Bildung einer Schneid- oder Trennstelle (11) an einem quer oder schräg abstehenden Ansatz (9) wird je nach Werkstückgestaltung das Werkstück (2) von der Handhabungseinrichtung (12) in entsprechender Lage relativ zur Schneidkopfanordnung (3) positioniert, wobei ein oder mehrere Schneidstrahlen (21) durch die Stelleinrichtung(en) (26, 27) entsprechend entlang der Schneid- oder Trennstelle (11) bewegt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel haben das Werkstück (2) und der Ansatz (9) an den Schneid- oder Trennstellen (11) eine rotationssymmetrische, kreisringförmige Kontur und sind dabei jeweils mit fluchtenden Achsen (10) ausgerichtet. Die Strahlwege und die Fokuslagen sind dabei konstant und für alle Schneidköpfe (18, 19, 20) gleich. In Abwandlung kann die Werkstück- oder Ansatzkontur eine nicht rotationssymmetrische Form aufweisen und kann z.B. prismatisch oder oval, insbesondere elliptisch, sein. Bei der Relativdrehung von Werkstück (2) und Schneidkopfanordnung (3) ergeben sich durch diese Asymmetrien unterschiedliche Strahllängen bzw. Abstände zwischen Strahlauftreffstelle am Werkstück (2) und zugehörigem Schneidkopf (18, 19, 20). Diese Änderungen können durch eine entsprechend abgestimmte Zustellbewegung des Stellelements (36) und/oder durch eine Brennweitenverstellung des oder der Schneidköpfe (18, 19, 20) berücksichtigt, insbesondere kompensiert werden. Ferner ist es möglich, durch Veränderung der Fokuslage die am Auftreffpunkt eingebrachte Strahlenergie bedarfsweise zu steuern und einen entsprechend starken oder schwachen Materialabtrag, z.B. für eine Perforation, zu schaffen. Das Gleiche lässt sich auch durch eine entsprechende Steuerung der emittierten und z.B. ohnehin pulsweise modulierten Strahlenergie erreichen.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Dies betrifft insbesondere die Kinematikvarianten.
Die Handhabungseinrichtung (12) kann das Werkstück (2) z.B. um die Achse (10) relativ zu einer rotationsfest gehaltenen Schneidkopfanordnung (3) drehen. Es ist außerdem möglich, sowohl das Werkstück (2), als auch die Schneidkopfanordnung (3) zu drehen und die Drehbewegungen aufeinander abzustimmen und zu überlagern. Dies ermöglicht eine weitere Verkürzung der Drehwinkel. Daneben sind weitere beliebige kinematische Varianten möglich.
In konstruktiver Hinsicht sind ebenfalls Abwandlungen möglich. Die konstruktive Ausbildung und Beweglichkeit des Gestells (25) kann variieren. Die Zahl und Anordnung der Bewegungsachsen der Stelleinrichtung (26) kann kleiner oder größer sein. Auf die Dreheinrichtung (30) und/oder die Hubeinrichtung (33) kann verzichtet werden, wobei das Gestell (25) z.B. auch starr ausgebildet sein kann. Die Bewegungseinrichtung (4) kann in diesem Fall nur eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (12) aufweisen. In weiterer Abwandlung kann auf eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (12) verzichtet werden, wobei stattdessen eine starre oder nur sehr begrenzt bewegliche Halteeinrichtung (12) eingesetzt wird, die z.B. lediglich eine axiale Zustellbewegung des Werkstücks (2) entlang der Achse (10) ausführt. Die Bewegungseinrichtung (4) umfasst in diesem Fall vorrangig oder nur die Positioniereinrichtung (24) zur Erzeugung der Relativbewegung im Schneid- oder Trennprozess.
Ferner sind konstruktive Abwandlungen der Stelleinrichtungen (26, 27) und ihrer Elemente möglich. Die Hubeinrichtung (33) kann mit einer Geradführung ausgestattet sein und nur eine axiale oder in anderer Weise gerichtete Hubbewegung ausführen. Auf ein Kippen kann verzichtet werden, oder die Kippachse kann an eine definierte Stelle gelegt und durch eine definierte Lagerung gebildet werden. Ferner kann die Dreheinrichtung (30) an der Basis (28) angeordnet sein. Die gezeigte Gestellausbildung mit Basisring (28) und Tragring (29) kann auch durch eine Grundplatte und Einzelträger für jeden Schneidkopf (18, 19, 20) ersetzt werden, wobei die Schneidköpfe (18, 19, 20) eine beliebige Zahl und Anordnung von Stellachsen und Stellelementen haben können. Auf eine Drehung der Schneidkopfanordnung (3) um die Achse (10) kann dabei ggf. verzichtet werden.
Die Schneidköpfe (18, 19, 20) können gemäß der Ausführungsbeispiele als einzelne und getrennte Einheiten ausgebildet und angeordnet sein. Sie können alternativ zu mindestens einer ring- oder bogenartigen Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sein, die an mehreren räumlich getrennten Stellen mindestens einen Schneidstrahl (21) emittiert. Diese Einheit kann eine zentrale Strahleinspeisung und eine interne Strahlverteilung und -lenkung zu den verschiedenen Austrittsstellen haben.
Für den Schneid- oder Trennprozess kommt es vornehmlich auf die mehreren emittierten und aus unterschiedlichen Richtungen am Werkstück (2) einfallenden Schneidstrahlen an. Soweit vorstehend von einer Ausrichtung, Verstellung oder Bewegung der Schneidkopfanordnung (3) oder der Schneidköpfe (18, 19, 20) gesprochen wird, meint dies vor allem eine Ausrichtung, Verstellung oder Bewegung der emittierten Schneidstrahlen (21). Eine solche Strahlbeeinflussung kann gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele bei richtungsstarrer Strahlemission (einfach und kostengünstig) durch eine externe Verstellung oder Bewegung eines Schneidkopfs (18, 19, 20) mittels einer Stelleinrichtung (26, 27), insbesondere mittels der Stellelemente (35, 36) erfolgen. Diese Definition schließt erfindungsgemäß aber auch die Variante einer kopfinternen Strahlbeeinflussung ein. Ein Schneidkopf (18, 19, 20) kann z.B. eine steuerbare (16) Scanneroptik mit verstellbaren, insbesondere schwenkbaren optischen Elementen, insbesondere Spiegeln aufweisen. Die Scanneroptik kann den austretenden Strahl (21) in verschiedenen Richtungen ablenken. Sie kann die schwenkbare Stelleinrichtung (35) ersetzen oder ergänzen. Auch die vorgenannte Brennweitenverstellung ist eine solche kopfinterne Strahlbeeinflussung. Ferner kann die optische Sensorik (37) in einen oder mehrere Schneidköpfe (18, 19, 20) integriert und z.B. in den internen Strahlengang eingekoppelt sein, wobei sie in Strahlrichtung blickt und das Werkstück sowie den dortigen Strahlauftreffbereich erfasst.
Die Schneideinrichtung (1) kann in weiterer Abwandlung andere Arten von Schneidstrahlen (21) erzeugen und emittieren. Dies können z.B. Hochdruck-Fluidstrahlen, insbesondere Wasserstrahlen, ggf. mit abrasiven Partikeln, sein. Ferner können Plasma- oder Elektronenstrahlen oder beliebige andere energiereiche Strahlen (21) eingesetzt werden. Die Komponenten der Schneideinrichtung (1) können hierfür entsprechend ausgebildet sein.
Die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und auch der angesprochenen Abwandlungen können beliebig miteinander kombiniert oder auch vertauscht werden.
Bezugszeichenliste

1: Schneideinrichtung
2: Werkstück, Rohr
3: Schneidkopfanordnung
4: Bewegungseinrichtung
5: Zuführung für Werkstücke
6: Abführung für Werkstücke
7: Mantel
8: Hohlraum
9: Ansatz
10: Achse
11: Schneidstelle, Trennstelle
12: Halteeinrichtung, Handhabungseinrichtung
13: Roboter
14: Hand, Roboterhand
15: Haltewerkzeug
16: Steuerung
17: Umgreifeinrichtung
18: Schneidkopf
19: Schneidkopf
20: Schneidkopf
21: Strahl, Schneidstrahl, Laserstrahl
22: Strahlquelle
23: Leitung
24: Positioniereinrichtung
25: Gestell
26: Stelleinrichtung für Gestell
27: Stelleinrichtung für Schneidkopf
28: Basis
29: Träger, Tragring
30: Dreheinrichtung
31: Drehkranz
32: Antrieb, Drehantrieb
33: Hubeinrichtung
34: Hubelement, Zylinder, Spindeltrieb
35: Stellelement, Schwenkeinrichtung
36: Stellelement, Zustelleinrichtung, Schlitten
37: Sensorik, optisches Messsystem
38: Reinigungsvorrichtung, Blasvorrichtung

Claims

Schneideinrichtung für Werkstücke (2), insbesondere Rohre, wobei die Schneideinrichtung (1) mindestens einen Schneidkopf (18, 19, 20) aufweist, der einen Schneidstrahl (21), insbesondere einen Laserstrahl emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (1) eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren umfangseitig am Werkstück (2) verteilt angeordneten und auf das Werkstück (2) gerichteten Schneidköpfen (18, 19, 20) sowie eine Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Relativbewegung, insbesondere einer Relativdrehung, zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2) aufweist.
Schneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidköpfe (18, 19, 20) oder die Schneidstrahlen (21) mit unterschiedlichen Orientierungen auf das Werkstück (2) gerichtet sind.
Schneideinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidköpfe (18, 19, 20) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Schneideinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidköpfe (18, 19, 20) derart angeordnet sind, dass die emittierten Schneidstrahlen (21) unterschiedliche Raumwinkel haben.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkopfanordnung (3) eine ungerade Zahl von Schneidköpfen (18, 19, 20), insbesondere drei Schneidköpfe (18, 19, 20), aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidköpfe (18, 19, 20) innerhalb oder außerhalb des Werkstücks (2) angeordnet sind.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidköpfe (18, 19, 20) in einem Ring um das Werkstück (2) angeordnet sind.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkopfanordnung (3) zentrisch zum Werkstück (2), insbesondere zu dessen Achse (10) angeordnet und ausgerichtet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (4) eine Handhabungseinrichtung (12) für das Werkstück (2) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (4) eine Positioniereinrichtung (24) für die Schneidkopfanordnung (3) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (12) als mehrachsig beweglicher programmierbarer Roboter (13) ausgebildet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Handhabungseinrichtung (12) eine Umgreifeinrichtung (17) zugeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (24) eine oder mehrere steuerbare Stelleinrichtungen (26, 27) zur Positionierung und/oder Bewegung und/oder Ausrichtung der Schneidköpfe (18, 19, 20) oder der Schneidstrahlen (21) relativ zum Werkstück (2) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (24) ein Gestell (25) für die Schneidkopfanordnung (3) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gestell (25) eine Stelleinrichtung (26) zugeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (26) eine Dreheinrichtung (30) zum Drehen der Schneidkopfanordnung (3) um das Werkstück (2), insbesondere um dessen Achse (10), aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung(en) (26, 27) mit einer Steuerung (16), insbesondere mit einer Robotersteuerung, verbunden ist/sind.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (26) eine Hubeinrichtung (33) zum Heben und/oder zum Kippen der Schneidkopfanordnung (3) relativ zum Werkstück (2) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (25) eine Basis (28) und einen hiervon axial distanzierten Träger (29), vorzugsweise einen Tragring, für die Schneidkopfanordnung (3) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinrichtung (30) einen Drehkranz (31) und einen Antrieb (32) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (29) als Drehkranz (31) ausgebildet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (33) zwischen Basis (28) und Träger (29) angeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (33) mehrere einzeln oder gemeinsam steuerbare Hubelemente (34) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubelemente (34) entsprechend der Zahl und Verteilung der Schneidköpfe (18, 19, 20) angeordnet sind.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den am Träger (29) angeordneten Schneidköpfen (18, 19, 20) jeweils eine Stelleinrichtung (27) zugeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) ein oder mehrere steuerbare Stellelemente (35, 36) zum Verschwenken und/oder linearen Zustellen eines Schneidkopfs (18, 19, 20) oder eines Schneidstrahls (21) relativ zum Werkstück (2) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) eine Zuführung (5) für Werkstücke (2) angeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich, insbesondere unterhalb, von der Schneidkopfanordnung (3) eine Abführung (6) für Werkstücke (2) angeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (1) eine gemeinsame Strahlquelle (22), insbesondere Laserstrahlquelle, mit Leitungen (23) zu den Schneidköpfen (18, 19, 20) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (1) eine Sensorik (37), insbesondere ein optisches Messystem aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (1) eine Reinigungsvorrichtung (38) aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidkopf (18, 19, 20), insbesondere ein Laserschneidkopf, eine feste oder verstellbare Brennweite aufweist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennweitenverstellung und die Bewegungseinrichtung (4) in gegenseitiger Abstimmung gesteuert sind.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidkopf (18, 19, 20), insbesondere ein Laserschneidkopf, eine steuerbare Scanneroptik aufweist.