JP5095911B2

JP5095911B2 - レーザ加工ノズル連結部

Info

Publication number: JP5095911B2
Application number: JP2004228558A
Authority: JP
Inventors: ランベルトマーティン; ヘルヴェルトフィリップ
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2003-08-09
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: DE50312360D1; JP2005059099A; US20050061790A1; ATE455619T1; US7273997B2; EP1506833B1; EP1506833A1

Description

本発明は、レーザ加工ノズルのレーザ加工ノズル連結部に関する。

レーザ加工機械のレーザ加工ヘッド、例えばレーザ溶接ヘッドまたはレーザ切断ヘッドにおけるレーザ加工ノズルの交換は、繰り返される行為である。

金属薄板のような平たいワークピースのためのレーザ切断装置の場合、レーザ切断ヘッドは、ひいては切断ノズルも、特別に重要である。種々異なる材料厚さ（金属薄板厚さ）でも最適な切断結果を達成するためには、種々異なるノズルが使用されなければならない。従来のレーザ切断装置の場合、確かに、自動式の積込み装置によって、種々異なる厚さの金属薄板が加工のためにレーザ加工機械のワークピース支持体上に載置され得るが、切断ノズルの自動式の交換は、従来、一般にはまだ行われてこなかった。しかしながら、自動化された切断ノズル交換は所望されている。全自動化されたノズル交換のための前段階は、切断ノズルとレーザ切断ヘッドとの間の結合を最適化することである。

レーザ加工ノズルをレーザ加工ヘッド内にねじ込むことが、一般に公知である。しかしながら、回転運動は比較的に高いコストのもととなり、このコストが自動化を妨げている。

レーザ加工ヘッドにおける構成部材の交換は、自体公知である。ドイツ連邦共和国特許第１００５６３３０号明細書によって、ワークピースをレーザ加工するための接続ヘッドのレンズホルダ用の交換装置が公知である。
ドイツ連邦共和国特許第１００５６３３０号明細書

本発明の課題は、自動化可能なレーザ加工ノズル交換のための、単純でかつ確実な基礎を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、レーザ加工ノズルをレーザ加工ヘッドに結合するためのレーザ加工ノズル連結部において、摺動片が設けられており、レーザ加工ノズルおよび摺動片が、レーザ加工ノズル連結部の解離および閉鎖のために、リニア状に摺動可能に配置されているようにした。

前記課題の解決手段は、請求項１によれば、レーザ加工ノズルと摺動片とのリニア運動を、レーザ加工ノズル連結部の解離および閉鎖（ロック（verriegeln））のために利用することにある。本発明は、レーザ加工ノズルをレーザ加工ヘッド内に位置固定するための、自動閉鎖式のメカニズムをもたらす。ノズル交換に必要とされるリニア運動は自動化され得、かつレーザ加工機械によって行われ得る。リニア運動は、レーザ加工ヘッドの運動に関してＺ軸線の方向で鉛直にまたはＸ軸線もしくはＹ軸線の方向で水平にも行われ得る。

レーザ加工ノズル交換の自動化のためには、いかなる回転運動も必要とされない。なぜならば、連結部は、１つの軸線方向でしか経過しない単純なリニア状の運動経過によって開放および閉鎖され得るからである。

２つのリニア運動、つまりレーザ加工ノズルと摺動片とのリニア運動による開放および閉鎖を具体化するために、前記運動は、玉の半径方向の運動と組み合わされる。このために、スリーブが設けられており、このスリーブは、半径方向で摺動可能な１つの玉を収容するための少なくとも１つの孔を有しており、この場合、少なくとも１つの玉は、レーザ加工ノズル連結部の閉鎖された状態で、孔内において、連結操作方向にスリーブ内で摺動可能なレーザ加工ノズルによって内方に向かってかつ同じく連結操作方向にスリーブにおいて摺動可能な摺動片によって外方に向かって、固定可能および位置固定可能である。連結操作方向は、連結部の解離またはロックのための運動方向を特徴づけるものであり、かつＺ方向、Ｘ方向またはＹ方向によって形成されていてよい。

連結部の意図しない解離に対する玉の戻止めは、レーザ加工ノズルが例えばベローばね（Balgfeder）のようなばねエレメントによってレーザビームの出射開口の方向に力負荷されていて、かつ摺動片が押圧ばねによって射出開口の方向に力負荷されていて、しかも、レーザ加工ノズルおよび摺動片が、少なくとも１つの玉を緊締するための段部および／または傾斜面と、レーザ加工ノズル連結部を解離するための自由空間とを有している場合に達成される。ベローばねは、ハーメチックシールの機能も引き受ける。

レーザ加工ノズルの取り外された状態で玉がスリーブの孔から脱落することは、孔におけるつばによって防止される。

連結操作方向または摺動スリーブの運動方向で見て、レーザ加工ノズルの上方には、摺動スリーブが配置されており、この摺動スリーブを介して、ばねエレメントがレーザ加工ノズルに対して働く。レーザ加工ノズルの取り出された状態では、摺動スリーブが玉を半径方向の位置に保持していて、レーザ加工ノズルの機能を引き受けている。この場合、押圧ばねが予負荷されている。同時に、摺動片は、玉の位置および戻止めによって下方へ運動させられ得ない。

自動化を顧慮しても容易化された操作のためには、摺動片が、この摺動片を摺動させるための補助手段用の作用面を有していると、有利である。いかなる補助エネルギも使用しない純粋に機械的な操作装置によって、レーザ加工ノズル交換が行われ得るであろう。なぜならば、レーザ加工ヘッドの軸が、必要な運動を行い得るからである。

本発明の２つの実施の形態を図面に概略的に示し、以下に図面につき詳しく説明する。

図１には、玉配置形式を除いては回転対称的に構成されたレーザ加工ノズル連結部１の構造を示してある。レーザビームＬＳのためのノズル開口を備えた、可逆的に結合可能なレーザ加工ノズル２は、レーザ加工ノズル連結部１の閉鎖された状態では、係止され位置固定された位置にある。この位置は、互いに対応する複数の機能面および構成部材（以下に詳しく説明する）による形状接続（Formschluss）を介して達成される。レーザ加工ノズル連結部１の構成部材は、所属の保持部３に結合されており、この保持部３を介して、レーザ加工ノズル連結部１はレーザ加工ヘッドの別の部分に結合されている。レーザ加工ノズル２は、外周部に設けられた複数の玉４、有利には、約２ｍｍの玉直径を備えて１２０°の間隔を置いた３つの玉によって、形状接続的（formschluessig）に保持される。複数の玉４の分配に基づき、図１には１つの玉４しか示されていない。玉４は、スリーブ５の孔内に、半径方向で可動に支承される。摺動片６は、所定の区分７が玉４に接触しているので、玉４の外方への半径方向運動を制限している。摺動片６は、ストッパ（溝内に配置されたスナップリング６ａ）とストッパ６ｂとの間で摺動可能に配置されている。摺動片６は、レーザ加工ノズル連結部１の本質的な操作エレメントと見なされ得る。この操作エレメントは、ノズル交換の自動化に際して掴まれるかまたは操作されなければならない。レーザ加工ノズル２は、玉４の内方への半径方向運動を制限している。金属から成るベローばね８を介して、摺動スリーブ９は下方へ押圧される。ベローばね８は、レーザ加工ノズル２が挿入されていない場合に摺動スリーブ９を下方へ押圧するという任務を有している。このばね力は、さらに、軽い衝突によってレーザ加工ノズル２がその規定された位置から上方へ運動させられることを防止する。レーザ加工ノズル２における環状の面取り部１０を介して、玉４は摺動片６に押し付けられる。したがって、レーザ加工ノズル２はその位置に関して半径方向ではスリーブ５によって固定され、軸方向では玉４によって固定される。摺動片６と摺動スリーブ９との適当な協働によって、レーザ加工ノズル２の交換のために補助運動が行われる必要はない。レーザ加工ノズル連結部は、規則正しくスナップ式に閉鎖する（zuschnappen）（図２〜図４参照）。

図２〜図４の順序には、例えば、レーザ加工ノズル連結部１の解離を示してある。この順序によって、反対の閉鎖の順序が容易に想像可能である。

レーザ加工ノズル連結部１の解離のためには、玉４は半径方向外方へ摺動させられなければならない。これは、摺動片６が連結操作方向１１（Ｚ方向）に押圧ばね１２（図１参照）のばね力に抗して上方へ摺動させられ、これにより、玉４がリング室１３内へ待避（ausweichen）し得ることによって可能となる。押圧ばね１２は、摺動片６を規定された位置に保持するという任務を有している。したがって、摺動片６における軽い運動によって、レーザ加工ノズル連結部１が開放してしまうことはない。摺動片６の操作は、手動による力作用によって行われるか、または例えば押圧負荷可能な縁部１４（図１参照）に装着可能なリングのような相応の装置もしくは相応の補助手段によって行われる。もっとも、図２に示した状態では、摺動片６はまだ上方へ摺動させられ得ない。玉は、環状の第１の段部１５と、玉４がレーザ加工ノズル２に接触するための傾斜面と、摺動片６の環状の第２の段部１６との間に緊締されている。摺動片６の上方への運動は、段部１６が玉４の傍らを通過しない限りは玉４によって阻止される。このためには、まず、レーザ加工ノズル２の運動が先行しなければならない。段部１６は、誤って摺動片６が上方へ押圧された時に、レーザ加工ノズル２の意図しない脱落を防止する。玉４は緊締されている。したがって、レーザ加工ノズル連結部１の意図しない解離が阻止されている。

解離のためには、まず、図３に示してあるようにレーザ加工ノズル２が上方へ摺動させられなければならない。レーザ加工ノズル２が取り外された時、孔からの玉４の脱落は、つば１９，２０によって防止される。玉４は、つば１９，２０までしか半径方向で内方へ運動させられ得ない。玉４は、内側で自由になりつつある（frei werdend）室１７内へ待避し得る。これにより、摺動片６（図４も参照）は、玉４の傍らを通過するように運動させられ得るので、上方へ摺動させられ得る。次いで、玉４は、半径方向でリング室１３内に待避し得る。前記運動の組合わせによってのみ、レーザ加工ノズル連結部１は解離され得る。なぜならば、玉４が半径方向内方もしくは外方へ摺動させられ得るからである。

ベローばね８は、摺動スリーブ９を介してレーザ加工ノズル２を押圧している。摺動スリーブ９はレーザ加工ノズル２を下方へ押圧している。摺動スリーブ９の運動は、つば１８（図１および図４参照）によって制限される。この状態で摺動スリーブ９は、玉を半径方向外方へ摺動させられた状態で固定的に保持し、これにより、摺動片６は玉４によって戻り止めされる。したがって、押圧ばね１２は、摺動片６において操作のための外部からの力作用が無くなっても、緊縮させられた状態に保たれる。このように緊締されたレーザ加工ノズル連結部１によって、別のレーザ加工ノズル２が、外部からの操作なしで軸方向の押込みによって位置固定され得る。すなわち、まず、レーザ加工ノズル２が摺動スリーブ９を押圧し、この摺動スリーブ９を上方へ摺動させ、玉４がレーザ加工ノズル２における減径部内へ待避し得る。これにより、摺動片６は軸方向ではもはや支持されず、図１に示した位置にばね予負荷によって跳ね返る。レーザ加工ノズル２は位置固定される。

レーザ加工ノズル２の収容およびレーザ加工ノズル連結部１の閉鎖は、レーザ加工ノズル連結部１の上記の解離とは反対の順序で同様に行われる。

レーザ加工ノズル連結部１の予負荷によって、新しいレーザ加工ノズルが極めて迅速に交換され得る。この原因は、依然として玉４によって上方の位置で保持される摺動片６にある。押圧ばね１２は、ベローばね８と同じように、連結部１の予負荷に関与している。レーザ加工ノズル２の取り出された状態では、摺動スリーブ９が玉４を半径方向の位置に保持していて、レーザ加工ノズル２の機能を引き受けている。この場合、押圧ばね１２は予負荷されている。同時に摺動片６は、玉４の位置および戻止めによって、下方へ運動させられ得ない。したがって、連結部１は、レーザ加工ノズル２の次の収容に際して自動的に、外部からの影響なしに（ohne Fremdeinwirkung）スナップ式に閉鎖し得る。レーザ加工ノズル２が下方から押し込まれる場合、このレーザ加工ノズル２は、まず、摺動スリーブ９をばね力に抗して上方へ押圧する。摺動片６はこの動作には全く関与していない。レーザ加工ノズル２は、最小のノズル直径が玉高さに位置するまでの距離だけ押圧する。これにより、玉４はビーム軸線方向に、すなわち、中央に向かって運動させられ得る。玉４がこの方向に運動させられると、玉４は、これまでその段部１６のせいで運動させられ得なかった摺動片６に、下方への運動を可能にする。この下方への運動は、押圧ばね１２のばね力によって支援される。押圧ばね１２は摺動片６を再びストッパに押し付ける。これにより、レーザ加工ノズル２は位置固定され、レーザ加工ノズル２の交換のために、外部の補助手段によっていかなる構成部材も運動させられる必要はなかった。

第１の実施例がレーザ加工ヘッドのＺ方向における摺動片６の運動を示しているのに対して、Ｘ方向またはＹ方向（連結操作方向２５）における運動を伴う第２のレーザ加工ノズル連結部２１の配置も可能である。これは図６に示してある。解離および閉鎖のための連結メカニズム自体に変更はない。摺動片２６およびレーザ加工ノズル２２は、レーザビームに対して横方向に摺動可能である。レーザ加工ノズル２２は、図１に対して変更された保持部をレーザ加工ヘッドに有していて、ノズル区分２３を介して側方で連結されている。溝２４内の案内が、側方への運動を可能にする。

収容されたレーザ加工ノズルを備えたレーザ加工ヘッドの、閉鎖された第１のレーザ加工ノズル連結部の長手方向断面図である。

第１のレーザ加工ノズル連結部の開放中の１つの拡大詳細図である。

第１のレーザ加工ノズル連結部の開放中の別の拡大詳細図である。

第１のレーザ加工ノズル連結部の開放中のさらに別の拡大詳細図である。

解離されたレーザ加工ノズルを備えたノズルヘッドの、開放された第１のレーザ加工ノズル連結部の長手方向断面図である。

収容されたレーザ加工ノズルを備えたレーザ加工ヘッドの、閉鎖された第２のレーザ加工ノズル連結部の長手方向断面図である。

符号の説明

１レーザ加工ノズル連結部、２レーザ加工ノズル、３保持部、４玉、５スリーブ、６摺動片、６ａスナップリング、６ｂストッパ、７区分、８ベローばね、９摺動スリーブ、１０面取り部、１１連結操作方向、１２押圧ばね、１３リング室、１４縁部、１５第１の段部、１６第２の段部、１７室、１８つば、１９つば、２０つば、２１レーザ加工ノズル連結部、２２レーザ加工ノズル、２３ノズル区分、２４溝、２５連結操作方向、２６摺動片

Claims

レーザ加工ノズル（２；２２）をレーザ加工ヘッドに結合するためのレーザ加工ノズル連結部（１；２１）において、摺動片（６；２６）が設けられており、レーザ加工ノズル（２；２２）および摺動片（６；２６）が、レーザ加工ノズル連結部（１；２１）の解離および連結のために、リニア状に摺動可能に配置されており、
スリーブ（５）が設けられており、該スリーブ（５）が、半径方向で摺動可能な１つの玉（４）を収容するための少なくとも１つの孔を有しており、少なくとも１つの玉（４）が、レーザ加工ノズル連結部（１；２１）の連結された状態で、孔内において、連結操作方向（１１；２５）にスリーブ（５）内で摺動可能なレーザ加工ノズル（２；２２）によって内方に向かってかつ同じく連結操作方向（１１；２５）にスリーブ（５）において摺動可能な摺動片（６；２６）によって外方に向かって、固定可能であり、この場合、前記玉（４）は、レーザ加工ノズル（２；２２）の第１の段部（１５）と、摺動片（６；２６）の第２の段部（１６）との間に緊締されるようになっており、
摺動片（６；２６）の、連結操作方向（１１；２５）の摺動が、連結された状態では前記玉（４）により阻止されており、摺動片（６；２６）の、連結操作方向（１１；２５）の摺動を前記玉（４）の半径方向内方に向かう運動によって可能にするために、レーザ加工ノズル（２；２２）が、連結された状態から連結操作方向（１１；２５）に摺動可能であることを特徴とする、レーザ加工ノズル連結部。
レーザ加工ノズル（２；２２）が、ばねエレメント（８）によって、レーザビーム（ＬＳ）の出射開口の方向に力負荷されており、摺動片（６；２６）が、押圧ばね（１２）によって、出射開口の方向に力負荷されている、請求項１記載のレーザ加工ノズル連結部。
レーザ加工ノズル（２；２２）および摺動片（６；２６）が、少なくとも１つの玉（４）を緊締するための段部（１５，１６）および／または傾斜面と、レーザ加工ノズル連結部（１；２１）を解離するための自由空間（１３，１７）とを有している、請求項１または２記載のレーザ加工ノズル連結部。
連結操作方向（１１；２５）で見て、レーザ加工ノズル（２；２２）の上方に、摺動スリーブ（９）が配置されており、該摺動スリーブ（９）を介して、ばねエレメント（８）がレーザ加工ノズル（２；２２）に対して働く、請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザ加工ノズル連結部。
摺動片（６；２６）が、該摺動片（６；２６）を摺動させるための補助手段を装着させるための縁部（１４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のレーザ加工ノズル連結部。
摺動片（６）とレーザ加工ノズル（２）との運動方向（１１）が、レーザ加工ヘッドの運動のＺ方向によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ加工ノズル連結部。
摺動片（２６）とレーザ加工ノズル（２２）との運動方向（２５）が、レーザ加工ヘッドの運動のＸ方向またはＹ方向によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ加工ノズル連結部。