DE3931401A1 - Fokussierkopf fuer laserschweissanlagen - Google Patents
Fokussierkopf fuer laserschweissanlagenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fokussierkopf für
Laserschweißanlagen mit einem Parabol-Fokussierspiegel in
einem Spiegelgehäuse und einem gasgespülten Düsenrohr
zwischen Fokussierspiegel und Schweißstelle.
Auf dem Gebiet des Laserschweißens, vornehmlich mit
CO2-Lasern, ist ein Fokussierkopf mit einem Parabol-
Fokussierspiegel in einem Spiegelgehäuse bekannt. Unter
halb des Fokussierspiegels befindet sich dort eine Blas
düse, die in einem Gehäuse einen quer zum Strahlengang
des Lasers verlaufenden Gasstrom erzeugt. Durch diese
Strömung soll ein Verschmutzen des Fokussierspiegels
verhindert werden. Nachteilig bei dieser Cross-Jet-Blas
düse ist einmal, daß durch den Blasdruck ein sehr hoher
Schallpegel in der Größenordnung von 80 bis 100 dBa er
zeugt wird und zum anderen durch den Einsatz von Preßluft
ein hoher Energieverbrauch auftritt. Weiter liegt der
Strahlengang zwischen dem Cross-Jet-Gehäuse und dem
Schweißplasma offen, so daß eine radiale Schutzgasführung
praktisch nicht möglich ist.
Bei dem bekannten Fokussierkopf muß der Parabol-Fokus
sierspiegel in regelmäßigen Intervallen von etwa 4 bis 10
Stunden ausgebaut und von Verunreinigungen, insbesondere
von von der Schweißstelle emittierten Partikeln, gerei
nigt werden. Durch die Reinigung wird die ungeschützte
Metalloberfläche des Spiegels zunehmend beschädigt, wo
durch die Fokussierbarkeit abnimmt. Nach etwa 250 bis
1000 Betriebsstunden muß der hochwertige und teure Spie
gel ersetzt werden.
Es ist weiter eine Schweißdüse oder ein Fokussierkopf
bekanntgeworden, bei dem sich unterhalb des Fokussier
spiegels ein Führungsrohr mit einer Düse befindet, das
den Strahlengang des Lasers zwischen Fokussierspiegel und
Schweißstelle abdeckt. Die Austrittsöffnung für den fo
kussierten Laserstrahl wird dort möglichst klein gehal
ten. Nachteilig ist hier, daß die zur Spülung des Strah
lengangs verwendete Preßluft aus der Öffnung der Düse
austritt und sich negativ auf das Schweißplasma, insbe
sondere infolge von Oxidation, auswirkt. Zwar läßt sich
mit kleinerer Düsenbohrung und höherer Luftströmung hier
ein verbesserter Schutz des Fokussierspiegels gegen
Schweißspritzer erreichen, die Schweißstelle bzw.
Schweißzone wird jedoch durch die an ihr austretende Luft
zunehmend nachteilig beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fokus
sierkopf für Laserschweißanlagen der eingangs beschrie
benen Art zu schaffen, in dem sicher verhindert wird, daß
die bei der Schweißung aus dem Plasma herausspritzenden
Partikel zum Parabol-Fokussierspiegel gelangen und dort
festbrennen können, ohne daß an der Schweißstelle Oxida
tion eintreten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
der Wandung des Düsenrohrs nahe der Düsenspitze ein Ab
saugrohr angeordnet und diesem gegenüber eine Ansaugöff
nung in der Wandung des Düsenrohrs vorgesehen ist, durch
die ein Hauptgasstrom im Düsenrohr quer zum Strahlengang
des Lasers und ein Nebengasstrom durch den Fokussierkopf
in Richtung des Strahlengangs des Lasers und entgegen
einem von der Schweißstelle emittierten Partikelstrom er
zeugbar ist.
Durch diese erfindungsgemäße Cross-Jet-Saugdüsenanordnung
und die erzeugten Strömungen läßt sich eine regelbar ge
filterte Frischluftzufuhr im Strahlengang mit hoher Spül
wirkung und Strömungsrichtung gegen den von der Schweiß
stelle emittierten Partikelstrom bei sehr niedrig gehal
tenem Schallpegel erzielen, ohne daß trotz hoher zu- und
abgeführter Luftmengen an der Schweißstelle Oxidationen
auftreten können.
Vorteilhaft ist die Ansaugöffnung innerhalb einer die
Düsenspitze umgebenden Absaugglocke angeordnet. Weiter
ist zweckmäßig dem Absaugrohr ein Rauchgasfilter nach
geschaltet.
Hiermit läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Fokussierkopf
ohne jegliche Beeinträchtigung dessen Wirkung das an der
Schweißstelle entstehende Rauchgas zuverlässig und auf
einfache Weise entsorgen. Der Hauptgasstrom wird dem Ab
saugrohr von der gegenüberliegenden Seite von der Ansaug
öffnung innerhalb der Absaugglocke zugeführt.
Zweckmäßig ist an der Ansaugöffnung eine einstellbare
Strömungsblende angeordnet, die eine Einstellung der
Strömungen in Verbindung mit der Druckdifferenz in dem
System ermöglicht.
Vorteilhaft ist an der Außenseite der Ansaugöffnung ein
regelbar blasendes Querdüsenrohr mit in Richtung des
Hauptgasstroms blasender Düsenspitze vorgesehen. Hier
durch wird der Hauptgasstrom quer zum Strahlengang des
Lasers verstärkt, wodurch von der Schweißstelle emit
tierte Partikel in Absaugrichtung abgelenkt werden.
Weiter ist zweckmäßig in die Düsenspitze des Düsenrohres
eine radiale Schutzgaszuführung mit einem Gasanschluß an
dem Düsenrohr integriert. Damit lassen sich mit dem er
findungsgemäßen Fokussierkopf optimale Schutzgasverhält
nisse erzielen.
Neben dem Düsenrohr ist zweckmäßig eine zwischen Düsen
spitze und Schweißstelle gerichtete, horizontal liegende
Schutzgasdüse angeordnet. Durch diese Schutzgasdüse läßt
sich das Schweißplasma niederdrücken.
Für die Saugwirkung des Systems im Fokussierkopf ist
vorteilhaft eine Druckdifferenz von etwa 50 kPa (0,5 bar)
vorgesehen.
Das Düsenrohr ist vorteilhaft über einen Zentrierflansch
quer zum Strahlengang des Lasers verschiebbar an dem
Spiegelgehäuse angebracht, so daß sich eine einfach hand
habbare Einstellmöglichkeit des Düsenrohrs in Bezug auf
die Achse des Strahlengangs des Lasers in diesem ergibt.
Schließlich ist zweckmäßig in dem Spiegelgehäuse auf der
Seite des Düsenrohrs ein Wasser-Kühlkanal vorgesehen.
Vorteilhaft ist das Spiegelgehäuse schwenkbar.
Mit dem Fokussierkopf für Laserschweißanlagen gemäß der
Erfindung läßt sich durch Absaugung quer zum Strahlengang
des Lasers zwischen Schweißzone und Fokussierspiegel ein
Gasstrom erzeugen, der die im folgenden beschriebenen
vorteilhaften Wirkungen aufweist:
- 1. Die fokussierende Optik wird wirksam gegen Ver schmutzung geschützt, so daß sich die Reinigungs intervalle um Größenordnungen von 102 und mehr verlängern und dementsprechend sowohl der Anlage nutzungsgrad als auch die Lebensdauer der Spiegel um ein Vielfaches erhöht wird.
- 2. Eine freiwählbare Gasmenge wird im Bereich des Aus koppelfensters am Laser eingeführt. Dadurch wird in Richtung des Strahlengangs des Lasers ein Gasstrom erzeugt, durch den die Spiegelflächen im Spiegel gehäuse gekühlt werden und der dem von der Schweiß stelle ausgehenden Partikelstrom entgegengerichtet ist.
- 3. Die in der Schweißzone entstehenden Rauchgase werden gesammelt, unter der Absaugglocke abgesaugt und einer Entsorgung zugeführt.
- 4. Durch das Cross-Jet-Saugprinzip werden die erzeugten Volumenströme regelbar und die verschiedenen Strö mungsrichtungen beeinflußbar.
- 5. Durch das in das Absaugrohr gerichtete zusätzliche Querdüsenrohr können die Strömungsverhältnisse im Querstrom so verändert werden, daß zusätzlich aus der Schweißzone emittierte Partikel in Absaugrichtung ab gelenkt werden.
- 6. Durch die Kombination der Gasströme, die in der Ab saugung gesammelt werden, wird die notwendige Düsen kühlung erzielt.
- 7. Die Geräuschentwicklung ist sehr gering und der Ener gieverbrauch sehr niedrig.
Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße
Düsenrohr auch zwischen Fokussierlinse und Schreibstelle
eines Beschriftungslasers zum Schutz der Fokussierlinse
aufgrund des Cross-Jet-Saugprinzips verwenden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden
anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung
zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fokussierkopfes oder
einer Schweißdüse für Laserschweißanlagen,
teilweise im Schnitt, gemäß der Erfindung.
Der in der Zeichnung dargestellte Fokussierkopf für
Laserschweißanlagen weist zunächst ein schwenkbares Spie
gelgehäuse 1 mit einem auswechselbaren Parabol-Fokussier
spiegel 2 auf. Ein durch Pfeile bezeichneter Laserstrahl
tritt auf der Oberseite des Spiegelgehäuses 1 ein und
wird durch den Parabol-Fokussierspiegel 2 auf eine
Schweißstelle 3 (Fokus) fokussiert. An der Unterseite des
Spiegelgehäuses 1 ist entlang dem Strahlengang des Lasers
zwischen Parabol-Fokussierspiegel 2 und Schweißstelle 3
ein Düsenrohr 4 mit Düsenspitze 5 angeordnet. Das Spie
gelgehäuse 1 weist an seiner Unterseite, insbesondere im
Bereich des Düsenrohres 4, einen Wasser-Kühlkanal 6 auf.
Das Düsenrohr 4 ist mittels einer Überwurfmutter 7 an
einem Zentrierflansch 8 angebracht, und dieser ist im
Bereich eines Düsenhalters 9 quer verschiebbar an dem
Spiegelgehäuse 1 angebracht.
Nahe der Düsenspitze 5 ist in der Wandung des Düsenrohrs
4 eine Ansaugöffnung 10 vorgesehen, während in der Wan
dung des Düsenrohrs 4 gegenüber der Ansaugöffnung 10 ein
Absaugrohr 11 angeordnet ist. Von dem Absaugrohr 11 führt
ein Verbindungsschlauch 12 zu einem nicht dargestellten
Rauchgasfilter. An der Ansaugöffnung 10 ist eine ein
stellbare Strömungsblende 13 angeordnet.
Die Ansaugöffnung 10 ist innerhalb einer die Düsenspitze
5 des Düsenrohrs 4 umgebenden Absaugglocke 14 angeordnet.
In die Düsenspitze 5 des Düsenrohres 4 ist weiter eine
radiale Schutzgaszuführung 15 integriert, für die ein
Gasanschluß 16 nahe dem Spiegelgehäuse 1 vorgesehen ist.
An der Außenseite der Ansaugöffnung 10 ist zusätzlich ein
regelbar blasendes Querdüsenrohr 17 vorgesehen. Das Quer
düsenrohr 17 ist mittels einer Kontermutter 18 in der
Absaugglocke 14 gehalten. Die Düsenspitze 19 des Quer
düsenrohres 17 ist so ausgerichtet, daß ein Gasstrom
durch die Ansaugöffnung 10 in das Absaugrohr 11 quer zur
Richtung des Strahlengangs des Lasers geblasen werden
kann.
Schließlich ist neben dem Düsenrohr 4 eine zwischen
dessen Düsenspitze 5 und die Schweißstelle 3 gerichtete,
horizontal liegende Schutzgasdüse 20 zur Beeinflussung
der Schweißplasmahöhe vorgesehen.
In dem Düsenrohr 4 wird durch Absaugen ein Hauptgasstrom
quer zum Strahlengang des Lasers und durch das Spiegel
gehäuse 1 sowie das Düsenrohr 4 bis zum Absaugrohr 11 ein
Nebengasstrom in Richtung des Strahlengangs des Lasers
und entgegen einem von der Schweißstelle emittierten Par
tikelstrom erzeugt.
Claims (12)
1. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen mit einem
Parabol-Fokussierspiegel (2) in einem Spiegelgehäuse
(1) und einem gasgespülten Düsenrohr (4) zwischen
Fokussierspiegel (2) und Schweißstelle (3),
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Wandung des Düsenrohrs (4) nahe der Düsen
spitze (5) ein Absaugrohr (11) angeordnet und diesem
gegenüber eine Ansaugöffnung (10) in der Wandung des
Düsenrohrs (4) vorgesehen ist, durch die ein Haupt
gasstrom im Düsenrohr (4) quer zum Strahlengang des
Lasers und ein Nebengasstrom durch den Fokussierkopf
in Richtung des Strahlengangs des Lasers und entgegen
einem von der Schweißstelle (3) emittierten Partikel
strom erzeugbar ist.
2. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansaugöffnung (10) innerhalb einer die Düsen
spitze (5) umgebenden Absaugglocke (14) angeordnet
ist.
3. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Absaugrohr (11) ein Rauchgasfilter nachge
schaltet ist.
4. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Ansaugöffnung (10) eine einstellbare Strö
mungsblende (13) angeordnet ist.
5. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Außenseite der Ansaugöffnung (10) ein re
gelbar blasendes Querdüsenrohr (17) mit in Richtung
des Hauptgasstroms blasender Düsenspitze (19) vorge
sehen ist.
6. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Düsenspitze (5) des Düsenrohrs (4) eine
radiale Schutzgaszuführung (15) mit einem Gasanschluß
(16) an dem Düsenrohr (4) integriert ist.
7. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben dem Düsenrohr (4) eine zwischen Düsenspitze
(5) und Schweißstelle (3) gerichtete horizontal lie
gende Schutzgasdüse (20) angeordnet ist.
8. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Saugwirkung des Systems im Fokussierkopf
eine Druckdifferenz von etwa 50 kPa (0,5 bar) vorge
sehen ist.
9. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Düsenrohr (4) über einen Zentrierflansch (8)
quer zum Strahlengang des Lasers verschiebbar an dem
Spiegelgehäuse (1) angebracht ist.
10. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Spiegelgehäuse (1) auf der Seite des Dü
senrohrs (4) ein Wasser-Kühlkanal (6) vorgesehen ist.
11. Fokussierkopf für Laserschweißanlagen nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Spiegelgehäuse (1) schwenkbar ist.
12. Verwendung des Düsenrohrs (4) nach einem der vor
hergehenden Ansprüche zwischen Fokussierlinse und
Schreibstelle eines Beschriftungslasers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3931401A DE3931401C2 (de) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Fokussierkopf für Laserschweißanlagen |
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DE3931401A DE3931401C2 (de) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Fokussierkopf für Laserschweißanlagen |
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DE3931401A1 true DE3931401A1 (de) | 1991-03-28 |
DE3931401C2 DE3931401C2 (de) | 1998-01-29 |
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---|---|---|---|
DE3931401A Expired - Lifetime DE3931401C2 (de) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Fokussierkopf für Laserschweißanlagen |
Country Status (1)
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