DE69212769T2 - Laserbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Laserstrahl und insbesondere eine Laserstrahlmaschine, bei der Spritzer o.ä. nicht in den Maschinenkopf eintreten können.
• In der letzten Zeit werden immer mehr Metallbearbeitungsvorgänge mit einer Laserstrahlmaschine ausgeführt. Fig. 4 zeigt eine gebräuchliche und bekannte Laserstrahlmaschine, bei der ein Laserstrahl 2 aus einem Laseroszillator austritt, an Spiegeln 3 und 4 in einem Lichtführungskanal 12 reflektiert wird und in einen Maschinenkopf 5 eintritt. Der Laserstrahl wird dann von einem Parabolspiegel 6 fokussiert und strahlt auf eine Oberfläche eines Werkstückes 7. Hilfsgas 10 aus einem nicht dargestellten Gasbehälter tritt über eine Leitung 8 in eine Gaszuführung 9 ein. Das Hilfsgas 10 bläst aus der Zuführung 9 aus, wobei es an einer Düse 11 gedrosselt wird und gelangt auf das Werkstück 7. Die Oberfläche des Werkstücks 7 wird in der Zusammenwirkung von Laserstrahl 2 und Hilfsgas 10 aufgeschmolzen und damit wird eine Laserstrahlbearbeitung ausgeführt.
• Bei der in Fig. 4 dargestellten Maschine werden aber vom Werkstück 7 große Mengen Verunreinigungen 13, wie Spritzer und Öldämpfe (verunreingtes Gas) weggeschleudert und gelangt in den Maschinenkopf 5. Diese Verunreinigungen 13 setzen sich am Parabolspiegel 6 und sogar im Lichtführungskanal 12 und an den Spiegeln 3 und 4 ab. Deshalb müssen diese Bauteile häufig gereinigt werden und damit wird die Wartung erschwert. Bei einer dreidimensionalen Bearbeitung mit einer solchen Laserstrahlmaschine muß ferner der Maschinenkopf 5 in jeder Richtung seitlich und aufwärts orientiert werden und kann deshalb noch stärker von Spritzern usw. verunreinigt werden. Somit ist die Verwendung einer dreidimensionalen Laserstrahlmaschine erheblich eingeschränkt.
• DE-A-3927451 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
• DE-A-3208626 betrifft eine Lasermarkiervorrichtung mit einer Blende zwischen dem Laserkopf und dem Werkstück.
• Die Erfindung ergab sich angesichts der vorgenannten Umstände und eine Aufgabe liegt darin, eine Laserstrahlmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, den Eintritt von Verunreinigungen in den Maschinenkopf zu verhindern.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Laserstrahlmaschine zu schaffen, die eine breite Anwendung finden kann.
• Erfindungsgemäß ist eine Laserstrahlmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Laserstrahl mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
• Das Laufrad liegt zwischen der fokussierenden Optik und einem zu bearbeitenden Werkstück und rotiert mit hoher Drehzahl. Damit werden Verunreinigungen wie Spritzer und Öldämpfe, die sich bei der Laserstrahlbearbeitung bilden und zum Maschinenkopf hin geschleudert werden, von dem Laufrad zurückgeworfen und damit wird die Verunreinigung beispielsweise der den Lichtführungskanal für den Laserstrahl bildenden Optik vermieden. Der Laserstrahl selbst wird in gewisser Weise von dem Laufrad unterbrochen; da aber die Geschwindigkeit des Laserstrahls gleich der des Lichtes ist, ist diese Unterbrechung vernachlässigbar und damit wird die Laserstrahlbearbeitung nicht nachteilig beeinflußt.
• Die Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laserstrahlmaschine,
• Fig. 2 eine Ansicht eines Laufrades in Pfeilrichtung A der Fig. 1,
• Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
• Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bekannten Laserstrahlmaschine.
• In der Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 4 benutzt. Ein Laserstrahl 2 wird an einem Spiegel 4 in einem Lichtführungskanal 12 reflektiert und tritt in einen Maschinenkopf 5 ein. Dann wird der Strahl 2 am Parabolspiegel 6 fokussiert und gelangt auf einen Fleck 7a an der Oberfläche eines Werkstückes 7. Hilfsgas 10 aus einem nicht dargestellten Gaszylinder tritt über eine Gasleitung 8 in eine Zuführung 9 ein und wird aus der Zuführung 9 und gedrosselt von einer Düse 11 auf das Werkstück 7 geführt. Infolge der Wirkung von Laserstrahl 2 und Hilfsgas 10 wird die Oberfläche des Werkstücks 7 geschmolzen und damit die Laserstrahlbearbeitung ausgeführt.
• Ein Laufrad 10 ist zwischen dem Parabolspiegel 6 des Maschinenkopfes 5 und dem Werkstück 7 angeordnet. Ein Motor 21 für den Antrieb des Laufrades 20 ist an einer Seitenwand 51 des Maschinenkopfes 5 befestigt und rotiert das Lauf rad 10 mit hoher Drehzahl.
• Fig. 2 zeigt das Laufrad in Pfeilrichtung A der Fig. 1. Das Laufrad 10 hat acht Flügel 22 mit je einem dünnen rechtwinkligen Arm aus einem hitzebeständigen Metall oder Keramik. Die Flügel 22 können aus einem den Laserstrahl reflektierenden Werkstoff bestehen, z.B. Kupfer, Messing, Aluminium oder Wolfram und dann erhält man den Vorteil, daß die Flügel 22 nicht auf hohe Temperaturen erwärmt werden, weil sie den Laserstrahl nicht absorbieren. Das Flügelrad 20 kann erforderlichenfalls gekühlt sein.
• In einer Laserstrahlbearbeitung werden Verunreinigungen 13 wie Spritzer o. a. vom Werkstück 7 zum Maschinenkopf 5 hin abgeschleudert. Da jedoch das Flügelrad 20 mit hoher Drehzahl rotiert, werden die Verunreinigungen 13 dadurch zurückgehalten. Auch wenn die Verunreinigungen 13 einen Flügel 22 erreichen und dabei sind, die Breite W des Flügels zu durchwandern, kollidieren sie mit dem nächsten rotierenden Flügel 22 und werden zuverlässig zurückgehalten.
• Nimmt man beispielsweise an, daß nacht Schaufeln 22 vorgesehen sind und die Breite W der Schaufeln 22 40 mm beträgt, so ist der Abstand zwischen dem Fokuspunkt 7a und den Schaufeln 22 100 mm und ist die Höhe, bis zu der die Spritzer geschleudert werden können, 500 mm, so ist eine Drehzahl von 2850 Upm erforderlich, um die Spritzer zuverlässig zurückzuhalten. Der Laserstrahl 2 wird zwar von den Schaufeln 22 unterbrochen, da jedoch die Geschwindigkeit des Laserstrahls 2 äquivalent der des Lichtes ist und damit größer ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln 22, wird der Laserstrahl nur leicht von den Schaufeln 22 unterbrochen und damit wird die Bearbeitung nicht nachteilig beeinflußt.
• Wie erwähnt, wird das Flügelrad 20 zwischen dem Parabolspiegel 6 und dem Werkstück 7 im Maschinenkopf mit hoher Drehzahl rotiert, so daß Verunreinigungen 13 vom Werkstück 7 her nicht in den Strahlenkanal 12 mit den Spiegeln usw. eintreten kann. Dies gilt auch beim Ausrichten des Maschinenkopfes 5 zur Seite hin oder nach oben, so daß einer dreidimensionalen Bearbeitung nichts im Wege steht.
• Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der das Schaufelrad 20 von einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom angetrieben ist, der aus einer Düse 23 austritt und von einem Kompressor 24 geliefert wird. Mit dem aus der Düse 23 austretenden Gas kann das Lauf rad 20 gekühlt werden und wenn die Düse innerhalb des Maschinenkopfes 5 angeordnet ist, werden die Verunreinigungen 13 nicht nur von den Flügeln 22, sondern auch von dem Gasstrom zurückgehalten.

Claims (5)

1. Laserstrahlmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes (7) mit einem Laserstrahl (2), wobei die Maschine aufweist: einen Lichtführungskanal (12) für den Laserstrahl (2) und einen Maschinenkopf (5) für den Eintritt des Laserstrahls (2) aus dem Lichtführungskanal (4, 12), wobei der Maschinenkopf (5) eine fokussierende Optik (6) für den Austritt des Laserstrahls auf ein Werkstück (7) besitzt, und ein Flügelrad während der Bearbeitung des Werkstücks (7) mit hoher Drehzahl rotiert, gekennzeichnet dadurch, daß das Flügelrad (20) mit den Flügeln (22) zwischen der fokussierenden Optik (6) und dem zu bearbeitenden Werkstück (7) in der Laserstrahlbahn von der fokussierenden Optik (6) zum Werkstück angeordnet ist.

2. Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, bei der das Flügelrad aus einem hitzebeständigen Metall oder Keramik hergestellt ist.

3. Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Flügelrad aus einem den Laserstrahl reflektierenden Werkstoff besteht.

4. Laserstrahlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Flügelrad von einem Motorrad angetrieben ist.

5. Laserstrahlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Flügelrad von einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom angetrieben ist.