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Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls sowie eine Laserbearbeitungsmaschine.
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Aus der
DE 10 2011 121 697 A1 ist eine Laserbearbeitungsmaschine mit einem Bearbeitungskopf bekannt. Dieser Bearbeitungskopf umfasst ein Gehäuse, in welchem sich ein Strahlführungsraum erstreckt, in dem der Laserstrahl und zumindest ein Spülgas geführt wird. In dem Gehäuse ist eine Fokussieroptik vorgesehen, durch welche der Laserstrahl fokussiert wird. Ausgangsseitig am Gehäuse ist eine Düse vorgesehen, durch welche der Laserstrahl und das Spülgas austritt. Zwischen der Fokussieroptik und der Düse ist ein Schutzglas angeordnet, welches von einer Schutzglashaltevorrichtung aufgenommen ist. Diese Schutzglashaltevorrichtung ist in das Gehäuse einsteckbar. Hierzu weist die Schutzglashaltevorrichtung eine Führung auf. Getrennt zur Führung ist eine Schutzglasaufnahme ausgerichtet, durch welche das Schutzglas freischwebend in der Einstecköffnung des Gehäuses im Strahlführungsraum angeordnet ist. Durch ein außenliegendes Verschlusselement wird die Einstecköffnung zum Strahlführungsraum geschlossen.
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Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bearbeitungskopf für eine Laserbearbeitungsmaschine sowie eine Laserbearbeitungsmaschine vorzuschlagen, welcher bzw. welche eine erhöhte Prozesssicherheit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bearbeitungskopf gelöst, bei welchem die Schutzglasaufnahme der Schutzglashaltevorrichtung einen Durchgang für den Laserstrahl aufweist, der von einer Auflageschulter zur Aufnahme und Lagerung des Schutzglases umgeben ist. An die Auflageschulter angrenzend und diese außen umgebend ist eine teilkreisförmige Umfangsfläche vorgesehen. Die teilkreisförmige Umfangsfläche kann bevorzugt in eine obere Stirnfläche der Schutzglasaufnahme übergehen. Durch die an die Auflageschulter angrenzende teilkreisförmige Umfangsfläche wird eine konzentrische Barriere für Partikel gebildet. Partikel, die oberhalb des Schutzglases in den Bearbeitungskopf gelangt sind, auf das Schutzglas fallen oder ggf. von einer Gasströmung mit durch den Bearbeitungskopf geführt werden, wandern bei der Bewegung des Bearbeitungskopfs nach außen und werden von der teilkreisförmigen Umfangsfläche zurückgehalten, so dass ein Überführen von Partikeln in Richtung auf die Düse bzw. weitere optische Elemente im Bearbeitungskopf verringert oder verhindert wird.
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Vorzugsweise ist ein Flächenabschnitt der teilkreisförmigen Umfangsfläche seitlich und in der Höhe zur Auflageschulter versetzt an der Schutzglasaufnahme vorgesehen, sodass der Flächenabschnitt unterhalb der Schutzglasoberseite angeordnet ist und an eine stirnseitige Umfangsfläche des Schutzglases angrenzt, wenn das Schutzglas in der Schutzglasaufnahme eingesetzt ist. In diesem das Schutzglas ringförmig umgebenden Flächenbereich können sich zurückgehaltene Partikel ansammeln und gelangen auf diese Weise nicht auf das Schutzglas.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Verschlusselement, welches in die Einstecköffnung einsetzbar ist, und dem Schutzglas in der Schutzglasaufnahme der Schutzglashaltevorrichtung zumindest eine Dichtung vorgesehen. Bei einer Einsteckposition der Schutzglashaltevorrichtung in dem Gehäuse des Bearbeitungskopfes wird somit eine innenliegende Abdichtung geschaffen. Der Strahlführungsraum wird dadurch gasdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zumindest eine Dichtung an einem Wandabschnitt der Einstecköffnung zwischen dem Strahlführungsraum und einer Außenseite des Gehäuses positioniert ist. Vorzugsweise ist die zumindest eine Dichtung als eine O-Ringdichtung ausgebildet. Dies ermöglicht, dass eine einfache Ausbildung und Handhabung der Schutzglashaltevorrichtung beim Wechsel des Schutzglases ermöglicht ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wandabschnitt in der Einstecköffnung gestuft ausgebildet ist und in Einsetzrichtung zumindest eine Querschnittsreduzierung aufweist. Diese gestufte Anordnung ist in dem Bereich vorgesehen, in welchem die Dichtung an der Schutzglasaufnahme in der Einsteckposition an dem Wandabschnitt anliegend positioniert ist. Dadurch kann ein vereinfachtes Einsetzen der Schutzglashaltevorrichtung ermöglicht sein, da nur ein schmaler Wandabschnitt ausgebildet ist, der eine abdichtende Anordnung zur zumindest einen Dichtung an der Schutzglasaufnahme bildet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wandabschnitt, an welchem die zumindest eine Dichtung der Schutzglasaufnahme anliegt, in Richtung auf den Strahlführungsraum aufeinander zugeneigt ausgerichtet ist. Dadurch kann mit zunehmender Einsteckbewegung eine erhöhte Anlage der Dichtung an dem Wandabschnitt ermöglicht sein. Gleichzeitig kann die Entnahme und das Einsetzen der Schutzglashaltevorrichtung bei einer innenliegenden Dichtung erleichtert sein.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verschlusselement der Schutzglashaltevorrichtung in der Einsteckposition zum Gehäuse bündig zu einer Außenfläche des Gehäuses vorgesehen ist oder innerhalb der Einstecköffnung im Gehäuse liegt. Dadurch kann die bisherige Geometrie beziehungsweise der Außenumfang des Bearbeitungskopfes aufrecht erhalten bleiben.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Schutzglasvorrichtung in der Einsteckposition im Gehäuse mit einem lösbaren Befestigungsmittel gesichert ist. Dadurch kann auch nach einem Wechsel des Schutzglases eine Dichtung des Strahlführungsraumes gewährleistet sein.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an dem Gehäuse ein die Einstecköffnung schließender Verschluss vorgesehen ist, der unter Zwischenschaltung einer Abdichtung an dem Gehäuse angeordnet ist. Dieser zusätzliche Verschluss ermöglicht, dass ein Verschmutzen der Einstecköffnung verhindert wird. Dadurch kann auch die Gefahr der Verschmutzung des Schutzglases beim Wechsel durch ein Herausnehmen und Wiedereinsetzen der Schutzglashaltevorrichtung verringert sein.
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Die durch den Verschluss zum Gehäuse gehaltene Abdichtung kann eine Kontur der Einstecköffnung aufweisen und in diese zumindest teilweise einsetzbar sein und/oder eine flächige Erstreckung aufweisen, so dass ein äußerer die Einstecköffnung umgebender Randbereich durch diese Abdichtung geschlossen ist. Diese Abdichtung kann auch als Schutzfolie ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Führung der Schutzglashaltevorrichtung zwei getrennt ausgebildete Führungsstifte aufweist, die in die durch Bohrungen ausgebildete Führungsaufnahme einsetzbar sind. Dadurch kann eine einfache und kompakte Anordnung der Schutzglashaltevorrichtung ermöglicht sein.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, der mit einem Bearbeitungskopf auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet ist, gelöst, wobei der Bearbeitungskopf nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsmaschine,
- 2 eine perspektivisch vergrößerte Ansicht eines Bearbeitungskopfes der Laserbearbeitungsmaschine gemäß 1,
- 3 eine Explosionsdarstellung von einer Schutzglashaltevorrichtung mit Verschluss an einem Gehäuseabschnitt des Bearbeitungskopfes,
- 4 eine schematische Ansicht auf die Schutzglashaltevorrichtung gemäß 3,
- 5 eine schematische Schnittansicht des Gehäuseabschnitts gemäß 3 mit eingesetzter Schutzglashaltevorrichtung, und
- 6 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie V-V in 5.
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In 1 ist perspektivisch eine Bearbeitungsmaschine 10 dargestellt, welche den Aufbau einer Laserschneidmaschine als Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsmaschine zeigt. Weitere Ausführungsbeispiele sind zum Beispiel eine Laserschweißmaschine oder eine kombinierte Stanz-/Laserschneidmaschine. Diese Bearbeitungsmaschine 10 weist einen CO2-Laser oder Festkörperlaser oder Diodenlaser als Laserstrahlerzeuger 2, einen Laserbearbeitungskopf beziehungsweise Bearbeitungskopf 3 und eine Werkstückauflage 4 auf. Auf der Werkstückauflage 4 ist ein Werkstück 6 angeordnet. Durch den Laserstrahlerzeuger 2 wird ein Laserstrahl 5 erzeugt. Der Laserstrahl 5 wird mit Hilfe von (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln von dem CO2-Laser oder mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Lichtleitkabels von dem Festkörperlaser oder Diodenlaser zu dem Bearbeitungskopf 3 geführt. Der Laserstrahl 5 wird mittels einer im Bearbeitungskopf 3 angeordneten Fokussieroptik auf das Werkstück 6 gerichtet. Die Bearbeitungsmaschine 10 wird darüber hinaus mit Schneidgasen 7, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, versorgt. Es können alternativ oder zusätzlich auch Druckluft oder anwendungsspezifische Gase vorgesehen sein. Die Verwendung der einzelnen Gase ist von dem Material des zu bearbeitenden Werkstücks 6 und von Qualitätsanforderungen an die Schnittkanten abhängig. Weiterhin ist eine Absaugeinrichtung 8 vorhanden, die mit einem Absaugkanal 16, der sich unter der Werkstückauflage 4 befindet, verbunden ist.
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Beim Schneiden des Werkstücks 6 unter Verwendung von Sauerstoff als Schneidgas wird das Material des Werkstücks 6 geschmolzen und größtenteils oxidiert. Bei der Verwendung von Inertgasen, wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon, wird das Material lediglich geschmolzen. Die entstandenen Schmelzpartikel werden dann, gegebenenfalls zusammen mit den Eisenoxiden, ausgeblasen und zusammen mit dem Schneidgas 7 über die Absaugkanal 16 durch die Absaugeinrichtung 8 abgesaugt.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht des Bearbeitungskopfes 3 der Bearbeitungsmaschine 10 vergrößert dargestellt. Dieser Bearbeitungskopf 3 umfasst ein Gehäuse 12 innerhalb dem sich ein Strahlführungsraum 14 erstreckt. Über ein Laserlichtkabel 18 wird der Laserstrahl 5 dem Strahlführungsraum 14 zugeführt. Mittels eines Steckers 17 wird das Laserlichtkabel 18 am Bearbeitungskopf 3 befestigt. Im Strahlführungsraum 14 innerhalb des Bearbeitungskopfs 3 wird der Laserstrahl 5 mittels Linsen (nicht sichtbar) kollimiert und fokussiert und tritt an einer am unteren Ende des Gehäuses 12 angeordneten Düse 21 aus dem Bearbeitungskopf 3 in Richtung auf das Werkstück 6 aus. Über einen nicht näher dargestellten Anschluss wird im Strahlführungsraum 14 ein Schutzgas 9 zum Schutz des Strahlführungsraums 14 vor Verschmutzung durch Erzeugen eines Überdrucks im Strahlführungsraum 14 zugeführt.
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Zwischen dem Stecker 17 und der Gehäuse 12 ist eine Schutzglashaltevorrichtung 31 in dem Gehäuse 12 vorgesehen. Durch ein in der Schutzglashaltevorrichtung 31 befindliches Schutzglas 39 wird das Innere des Gehäuses 12 vor Verschmutzung geschützt, wenn das Laserlichtkabel 18 vom Bearbeitungskopf 3 gelöst wird.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseabschnittes des Gehäuses 12, in welchem die Schutzglashaltevorrichtung 31 durch eine Einstecköffnung 32 im Gehäuse 12 in Pfeilrichtung 34 einsteckbar ist. Nach dem Überführen der Schutzglashaltevorrichtung 31 in eine Einsteckposition in dem Gehäuse 12 wird bevorzugt eine Abdichtung 36 zur Einstecköffnung 32 positioniert. Darauffolgend wird die Einstecköffnung 32 durch einen Verschluss 37 vorzugsweise mit zumindest einem lösbaren Befestigungsmittel 38 gegen äußere Einflüsse, wie beispielsweise Rauch, Schmauch, Partikel oder dergleichen geschlossen und geschützt.
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Durch diese Anordnung ist ein einfacher Wechsel eines Schutzglases 39 möglich, welches von der Schutzglashaltevorrichtung 31 aufgenommen wird.
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In 4 ist eine schematische Ansicht von oben auf die Schutzglashaltevorrichtung 31 dargestellt.
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Die Schutzglashaltevorrichtung 31 umfasst ein Verschlusselement 41, welches in einer außen umlaufenden Kontur an die Kontur der Einstecköffnung 32 angepasst ist. Dieses Verschlusselement 41 nimmt eine Führung 42 auf, welche beispielsweise durch zwei Führungsstifte 43 ausgebildet ist. Getrennt zur Führung 42 ist an dem Verschlusselement 41 eine Schutzglasaufnahme 45 vorgesehen. Diese Schutzglasaufnahme 45 umfasst einen Durchgang 46 (5), welcher von einer Auflageschulter 47 umgeben ist. Auf dieser Auflageschulter 47 liegt das Schutzglas 39 auf. Vorteilhafterweise kann die Auflageschulter 47 mit einem äußeren Umfang derart bemessen sein, dass eine Haltekraft nach dem Einsetzen des Schutzglases 39 auf das Schutzglas 39 wirkt. An der Auflageschulter 47 angrenzend und diese außen umlaufend ist eine teilkreisförmige Umfangsfläche 48 vorgesehen. Diese Umfangsfläche 48 weist in einer Einsteckposition der Schutzglashaltevorrichtung 31 in dem Gehäuse 12 in entgegengesetzte Richtung zur Strahlrichtung des Laserstrahls 5. Dadurch wird eine konzentrische Barriere für Partikel gebildet, die auf das Schutzglas gelangen. Diese teilkreisförmige Umfangsfläche 48 erstreckt sich vorzugsweise von der Auflageschulter 47 bis zur oberen Stirnfläche 49 der Schutzglasaufnahme 45.
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Die Schutzglasaufnahme 45 ist getrennt zur Führung 42 an dem Verschlusselement 41 vorgesehen.
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In einem Bereich zwischen dem Schutzglas 39, beziehungsweise der Auflageschulter 47 und dem Verschlusselement 41 ist zumindest eine Dichtung 51 vorgesehen. Diese Dichtung 51 ist bevorzugt in einer umlaufenden Vertiefung gesichert angeordnet. Bevorzugt ist die Dichtung 51 als eine O-Ringdichtung ausgebildet.
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Die Einstecköffnung 32 des Gehäuses 12 ist in einer ersten Schnittdarstellung in 5 und in einer weiteren Schnittdarstellung in 6 dargestellt. In 5 ist ersichtlich, dass ein Flächenabschnitt 50 der teilkreisförmigen Umfangsfläche 48 seitlich zur Auflageschulter 47 versetzt an der Schutzglasaufnahme 45 angeordnet ist, so dass sich der ringförmig um die Auflageschulter verlaufende Flächenabschnitt 50 an eine Umfangsfläche des Schutzglases 39 angrenzend und unterhalb der Oberseite des Schutzglases 39 erstreckt, wenn das Schutzglas 39 in der Schutzglasaufnahme 45 eingesetzt ist. In diesem das Schutzglas 39 ringförmig umgebenden Flächenbereich 50 können sich Partikel ansammeln und gelangen so nicht oder nicht wieder auf das Schutzglas 39.
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Durch die Führung 42 der Schutzglashaltevorrichtung 31 wird ermöglicht, dass die Schutzglashaltevorrichtung 31 in einer definierten Lage und Position in der Einstecköffnung 32 aufgenommen und zum Strahlführungsraum 14 ausgerichtet ist. Dazu werden die Führungsstifte 43 der Führung 42 räumlich getrennt zur Schutzglasaufnahme 45 bzw. zur Einstecköffnung 32 in Bohrungen einer Führungsaufnahme 44 im Gehäuse 12 aufgenommen. Diese Anordnung ermöglicht des Weiteren, dass die Schutzglasaufnahme 45 freischwebend in der Einstecköffnung 32 angeordnet ist, welche sich bis zum Strahlführungsraum 14 erstreckt. Diese freischwebende oder freitragende Anordnung wird durch die Anbindung der Schutzglasaufnahme 45 an das Verschlusselement 41 ermöglicht, welches wiederum durch die Führung 42 aufgenommen ist. Die Schutzglasaufnahme 45 ist an einem dem Verschlusselement 41 gegenüberliegenden Bereich halbkreisförmig ausgebildet. Dieser halbkreisförmige Bereich ist in einer U-förmigen Vertiefung 52 im Gehäuse 12 positioniert, welche konzentrisch zum Strahlführungsraum 14 ausgebildet ist. Durch die freitragende Anordnung der Schutzglasaufnahme 45 in der Einstecköffnung 32 ist ermöglicht, dass ein Labyrinth für Partikel gebildet ist, da zwischen der Schutzglasaufnahme 45 und der U-förmigen Vertiefung 52 im Gehäuse 12 ein freibleibender Spalt gegeben ist, der zwei 90°-Umlenkungen für die Strömung des Schutzgases 9 aufweist. Durch die Anordnung der teilkreisförmigen Umfangsfläche 48 können Partikel zurückgehalten werden.
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Am Ende der als Führungsaufnahme 44 ausgebildeten Bohrungen können Federelemente vorgesehen sein, die beim Einsetzen der Führungsstifte 43 mit Druck beaufschlagt werden. Bei einem Wechsel des Schutzglases 39 kann die Entnahme der Schutzglashaltevorrichtung 31 erleichtert sein.
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Durch die an der Schutzglasaufnahme 45 angeordnete Dichtung 51 wird die Einstecköffnung 32 innenliegend zu einem Wandabschnitt 54 der Einstecköffnung 32 abgedichtet.
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Dies ermöglicht, dass eine gasdichte Anordnung für einen sauberen Strahlführungsraum 14 gegeben ist. Vorteilhafterweise ist der Wandabschnitt 54 gestuft ausgebildet und weist eine Anlagefläche 55 auf. Diese Anlagefläche 55 ist zur Dichtung 51 in der Einsteckposition der Schutzglashaltevorrichtung 31 in der Einstecköffnung 32 ausgerichtet. In Ausziehrichtung ist vorteilhafterweise eine Querschnittsvergrößerung des Wandabschnittes 54 vorgesehen. In Einsteckrichtung kann eine weitere Querschnittsverringerung des Wandabschnitts 54 vorgesehen sein.
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Die Schutzglashaltevorrichtung 31 kann in der Einstecköffnung 32 durch ein lösbares Befestigungsmittel 57 gesichert sein. Darauffolgend kann die Abdichtung 36 und der Verschluss 37 zur Einstecköffnung 32 montiert werden, um auch diesen äußeren Bereich des Gehäuses 12 gegen Verschmutzung zu schützen. Dies ermöglicht, dass in einem Einführbereich der Einstecköffnung 32, insbesondere entlang dem Wandabschnitt 54, eine Verschmutzung verhindert ist. Dadurch wird auch vermieden, dass während der Einsetzbewegung der Schutzglasvorrichtung 31 in die Einsteckposition ein Eintragen von Schmutzpartikeln in den Strahlführungsraum 14 erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011121697 A1 [0002]
