WO2015091184A1 - Vorrichtung für die thermische bearbeitung eines werkstücks mit einem strahlfangeinrichtung - Google Patents

Vorrichtung für die thermische bearbeitung eines werkstücks mit einem strahlfangeinrichtung Download PDF

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WO2015091184A1
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transverse
workpiece
laser
catching
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Thomas Dünzkofer
Robert Schröder
Tobias Wolf
Ingo Göller
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Messer Cutting Systems Gmbh
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    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P1/00—Safety devices independent of the control and operation of any machine
    • F16P1/06—Safety devices independent of the control and operation of any machine specially designed for welding

Definitions

  • the present invention relates to a device for the thermal processing of a workpiece by means of laser radiation, comprising
  • a work table with a support surface for receiving the workpiece
  • Thermal processing devices are used in particular for cutting or welding workpieces made of metal by means of a laser beam.
  • a laser unit with a laser cutting or welding head they have a movement unit which enables at least two-dimensional movement of the laser cutting head over the workpiece.
  • a machine portal which is movable in a longitudinal direction of the work table is frequently provided as the movement unit.
  • the portal-like structure of the machine portal has a high mechanical stability, so that an exact and reproducible movement and positioning of the laser processing head is possible.
  • a transverse carriage is regularly connected to the machine portal, which allows movement in a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction.
  • the laser processing head can be moved over the entire surface of the work table by means of the movement unit.
  • Lasers which are used for the thermal treatment of metallic workpieces, have a high radiation power. In principle, they pose a risk to the health of operating personnel, and especially to the organs, skin and eyes. When using laser radiation for cutting workpieces, therefore, protective measures must be taken to protect the operating personnel.
  • the degree of protection depends, among other things, on the type of laser used. In particular, when using fiber lasers that emit in a wavelength range of 1 .060 nm to 1 .070 nm, are consuming
  • full housings of the entire device are frequently provided, which surround all sides of the device, including the upper side thereof.
  • Full enclosures have the advantage that a radiation leakage can be largely excluded.
  • the provision of a full housing comes with some disadvantages.
  • the workpiece When loading the device, the workpiece must first be moved to the full housing. An opening of the full enclosure is regularly possible only with a temporary standstill of the machine.
  • the entire processing and machine area of the device can not be viewed directly, but only via cameras located within the full housing.
  • EP 2 468 446 A1 In order to reduce these downtime of the device and at the same time to ensure a high level of safety, a device is proposed in EP 2 468 446 A1, in which the laser cutting head on all sides of a with - - The laser cutting head is enclosed in the longitudinally mitverfahrbaren outer protective housing. Within the protective housing, a cutting carriage is arranged, which allows a movement of the laser cutting head in the transverse direction. The laser cutting head is also surrounded by a separate, movable along with the cutting car protective cover.
  • Protective hood and workpiece can be adjusted.
  • EP 0 962 278 A2 discloses a laser cutting machine comprising a machine gantry, a worktable with support webs and a protective hood. In order to avoid leakage of reflected laser radiation through open surfaces of the worktable in a working table not completely occupied with workpieces, EP 0 962 278 A2 proposes mounting additional vertical shielding webs below the support webs.
  • the use of a longitudinally movable outer protective housing, which surrounds the laser cutting head on all sides, is associated with a high weight, which must be moved with a movement of the moving unit;
  • the weight reduces the achievable machine dynamics and can also affect the exact and reproducible movement of the laser cutting head.
  • the invention is therefore based on the object to provide a laser processing device that allows high machine dynamics while ensuring a high level of security for the operator.
  • This object is achieved on the basis of a device for the thermal processing of a workpiece of the type mentioned in the fact that with the work table at least one extending at least in the transverse direction beam catching device is connected to the support surface is tilted or retracted so that the laser processing head can be moved over the beam catcher.
  • the protective device comprises two elements.
  • the laser processing head is on the one hand with a mitbewegbaren with the transverse carriage inner
  • Protective cover provided, on the other hand, is enclosed on all sides by a co-moving in the longitudinal direction outer protective housing.
  • the inner protective cover is moved in one movement together with the laser processing head supported on the cross carriage.
  • the laser processing head and the inner protective cover are arranged in the outer protective housing. This is regularly enclosed on all sides to prevent the escape of radiation as effectively as possible.
  • the outer protective housing must be moved regularly during a movement of the laser processing head.
  • an outer protective housing which surrounds the laser processing head on all sides, has a high weight, and therefore may affect the machine dynamics.
  • the device according to the invention two modifications are provided in the device according to the invention, one of which relates to the provision of a beam-catching device and the other relates to the use of a protective hood which surrounds the laser processing head.
  • the protective cover surrounds the laser processing head, in particular, upwards and at the sides.
  • a “stationary” beam-catching device is provided, which is connected to the workbench, for example in the form of a protective sheet
  • the term “stationary” in relation to the beam-catching device is understood to mean an arrangement thereof in which the beam-catching device is moved during a movement of the moving unit is not moved together with the movement unit.
  • the "stationary" beam catcher is mechanically connected at least on one side to the work table, preferably with its front side running parallel to the machine portal In the simplest case, the mechanical connection is ensured by simple contact between the beam catcher and the work table, although it is possible dispense, but this is not preferred, since there may be a gap between the beam catcher and work table, which is open for laser radiation.
  • the "stationary" beam catcher is thus connected to the work table so that extends at least in the transverse direction, but preferably surrounds the work table on all sides and is particularly preferably also connected on all sides with the work table.
  • the minimum height at which the beam-catching device should project beyond the workpiece surface in order to ensure effective protection can be determined, for example, by the following equation:
  • the free working distance is the smallest distance of the laser processing head to the support surface. In compliance with the free working distance - unless undermined by any rigid components of the movable guard - undisturbed movement of the laser processing head and the surrounding protective cover over the entire bearing surface of the work table guaranteed.
  • the height of the beam catcher is greater than the working distance between
  • the beam-catching device can be tilted or sunk at a height less than the working distance. In the tilted or recessed state, the beam-catching device has with respect to the bearing surface che a height which is less than the working distance between the laser processing unit and support surface. In this way, a free movement of the laser processing head over the entire support surface of the work table is made possible in the tilted or recessed state.
  • the beam-catching device is dimensioned such that it is tiltable or retractable with respect to the support surface in such a way that, in the recessed or tilted state, it projects beyond the support surface at a height which is less than the working distance between the laser processing unit and the support surface.
  • the beam-catching device has a lower end section connected to the work table and an upper end section projecting above the work table, wherein the upper end section of the beam-catching device is at an angle in the range of 80 ° to 180 °, preferably at an angle of 90 ° , is angled relative to the lower end portion in the direction of the laser processing unit.
  • the angled beam catcher catches the radiation impinging thereon particularly effectively. At an angle of the beam catcher of less than 80 ° or more than 180 ° loses their effectiveness.
  • the beam catching device has a Y- or T-shaped profile.
  • Beam-catching devices with a Y- or T-shaped profile show good beam-tracing characteristics regardless of the side from which the radiation impinges on the beam-catching device.
  • the beam-catching devices can be arranged at one end of the work table or in the middle region of the work table. From a beam catcher arranged in the middle region of the work table, the support surface of the work table is basically subdivided into two separate work areas. It has proven particularly useful if the beam catching devices arranged in the middle region have a Y-shaped or T-shaped profile. This is regardless of which work area the - -
  • Laser cutting head is currently assigned, ensuring adequate function of the beam-catching devices.
  • the beam catcher is made of steel or aluminum and has a thickness in the range of 1 mm to 5 mm.
  • a beam catcher made of steel or aluminum has a high resistance to incident laser radiation.
  • the thickness of the beam catcher affects their resistance; It also has an influence on the mechanical stability of the beam catcher.
  • a beam-catching device with a thickness of less than 1 mm has a low mechanical stability and can withstand the incident laser radiation only to a limited extent.
  • a beam-catching device with a thickness of more than 5 mm is associated with high manufacturing costs for the device.
  • a plurality of spaced apart beam catcher is connected to the work table for the division of several work areas on the support surface.
  • beam catching devices allow a subdivision of the support surface into a plurality of separate work areas, each of which can be provided with a workpiece.
  • the work area to which the laser cutting head is assigned is called a machining area.
  • the beam catcher and the guard for each assignment of the laser cutting head to a work area such a good laser protection ensures that during processing of a first workpiece in the processing area simultaneous loading of other work areas is possible. It has proved useful if the beam-catching devices run parallel to one another, and if adjacent beam-catching devices have a spacing in the range of 4000 mm to 20,000 mm from each other.
  • Beam catching devices running parallel to each other define a square or rectangular working area on the support surface; - -
  • the machine gantry comprises a transverse bridge with a side facing away from the transverse carriage and a side facing away from the transverse carriage, and that the protective hood on the side facing the transverse carriage is a shielding element extending completely in the transverse direction of the support surface upstream, which is movable with the machine portal in the longitudinal direction.
  • a shielding element In contrast to an all-round housing, a shielding element has a lower weight. At the same time, a shielding element exhibits a good shielding effect for emerging laser radiation and contributes to a high degree of safety for the operating personnel of the device.
  • the shielding element extends at least partially perpendicular to the support surface and has an angling in the direction of the laser processing unit in an angular range of 100 ° to 175 °.
  • An angled shielding also shows an improved shielding effect over a non-angled shielding element. It has been shown that a good shielding effect can be achieved, in particular with an angling in the abovementioned angular range.
  • the bend also contributes to a mechanical stabilization of the shielding.
  • the shielding element can also be provided with a fold or a bead.
  • a further modification of the device according to the invention provides that the machine gantry comprises a transverse bridge with a side facing away from the transverse carriage and a side facing away from the transverse carriage, and that the movable protective hood is designed to be open on its rear side facing the bridge, wherein the open rear side is a is completely associated in the transverse direction of the support surface extending and parallel to the bridge extending additional protective wall.
  • the protective hood is designed to be open at the rear, the weight of the protective hood can be reduced. - - wagens must be moved. This allows a high machine dynamics and an exact and reproducible adjustment of the transverse carriage. In order to achieve a sufficient shielding effect at the same time, an additional protective wall extending parallel to the bridge is provided, which is moved longitudinally together with the machine portal.
  • the laser processing unit has a fiber laser with an emission wavelength in the range of 1 .060 nm to 1 .080 nm.
  • a curtain contributes to the effective sealing of a gap remaining between the workpiece surface and the device. Such a curtain is subjected to high mechanical stresses during operation; It has therefore proven useful when the curtain has a high mechanical stability. In addition, the curtain must have some flexibility to ensure adequate sealing of the gap.
  • the curtain is made of a flexible fabric, in which a metal wire connected to a safety circuit is incorporated.
  • a fabric has a high mechanical stability and good flexibility.
  • a metal wire is incorporated in the curtain, the - - An electrical safety circuit is connected. Damage to the fabric is regularly accompanied by damage to the metal wire. In this case, the safety circuit is interrupted, so that the damage of the curtain can be easily detected.
  • the curtain comprises a plurality of side by side and laterally offset successively arranged pieces of tissue, each with a metal wire connected to a safety circuit.
  • tissue pieces Several side by side and laterally offset successively arranged tissue pieces increase the barrier effect of the curtain for incident radiation.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention for the thermal processing of a workpiece in a perspective view
  • FIG. 1 shows the embodiment of the device according to the invention according to FIG.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the device according to the invention for the thermal processing of a workpiece with a plurality of beam-catching devices in plan view
  • Figure 4 shows an embodiment of the curtains
  • Figure 5 shows a third embodiment of the device according to the invention. - -
  • FIG. 1 schematically shows a laser cutting machine to which the reference numeral 100 is assigned overall.
  • the laser cutting machine 100 is used for cutting flat metal workpieces.
  • It comprises a work table with a support surface of (L x B) 4000 mm x 12,000 mm (shown in FIG. 1 by lines 101 a, 101 b), a laser processing unit 102 with a fiber laser and a laser cutting head 102 a and a machine gantry 103 with a cross carriage 104.
  • the laser cutting head 102a is connected to the cross carriage 104 so that it can be moved together with the cross carriage 104.
  • the machine gantry 103 with transverse carriages 104 has a biaxial serial displacement kinematics which makes it possible to move the laser cutting head 102a in the longitudinal direction 106 and in the transverse direction 105 perpendicular to the longitudinal direction.
  • the laser cutting head 102a can be moved at a predetermined working distance to the surface of the workpiece.
  • the laser cutting machine has a plurality of radiation protection devices.
  • the laser cutting head 102a is disposed below a protective hood 107.
  • the protective hood 107 is attached to the transverse carriage 104; it is moved across the machine gantry 103 together with the laser cutting head 102a in the longitudinal and transverse directions 105, 106; It is made of aluminum and comprises two side plates 107a, 107b and a front plate 107c.
  • the protective cover 107 is 500 mm high.
  • On the machine portal 103 side facing the guard is open.
  • the protective hood 107 is preceded by a shielding element in the form of a shielding plate 108, which is connected to the machine portal 103 via side plates 108c, 108d and is movable together with the latter in the longitudinal direction 106.
  • the shielding plate 108 is made of aluminum and has a plate thickness of 2 mm. In this case, the shielding plate 108 is angled at an angle of 45 °. The shield plate 108 and the side plates 108c, 108d can be moved upwardly to allow easy access to the laser cutting head 102a
  • both the protective hood 107 and the protective wall metal sheet and the shielding plate 108 can be moved over the surface of the workpiece by means of the machine portal 103, these components regularly have a spacing relative to the bearing surface.
  • the outer components namely the protective wall metal sheet and the shielding plate 108, are provided with a curtain (not shown in FIG. 2: 202a, 202b) on their underside facing the workpiece surface. provided, which seals the gap.
  • the protective hood is also provided with a curtain on its underside facing the material surface.
  • the beam catching plate 1 10 extends from the support surface of the work table initially perpendicular to the support surface. This section is followed by a 90 ° angled end section (not shown).
  • the jet-catching plate 1 10 extends completely in the transverse direction 105 of the support surface.
  • the jet catching plate 1 10 has a height of 700 mm.
  • the jet catching plate 110 can be tilted to the bearing surface along the axis of rotation 1 1 1.
  • the height of the beam catcher plate 1 10 is greater than the working distance.
  • the jet trapping plate can alternatively be countersunk relative to the supporting surface.
  • the beam-catching plate 1 10 subdivides the bearing surface into a plurality of working areas, for example into a loading area and a cutting area. It helps to load the loading area during operation of the laser cutting apparatus 100, thereby enabling short manufacturing times and efficient operation of the apparatus 100 at the same time.
  • FIG. 2 schematically shows the laser cutting machine 100 from FIG. 1 in a sectional view.
  • the laser cutting machine 100 comprises a work table 101, a machine portal 103 and a laser processing unit 102 with a laser cutting head 102a.
  • the laser cutting head is height adjustable in the direction 203, so that the adjustment of the working distance e between the laser cutting head 102a and the workpiece surface is made possible.
  • the laser cutting head 102a is surrounded by a protective housing. This comprises the protective cover 107 movable transversely with the laser cutting head, the protective wall 201, the shielding plate 108 and the curtains 202a, 202b connected to the shielding plate 108 and the protective wall 201.
  • the work table 101 has a bearing surface for the workpiece 204, which is formed by a plurality of support webs 206.
  • the support webs differ in their web height; they are designed in such a way that either reflected radiation 205 on the table base 207 is reflected back or absorbed into the protective hood 107.
  • a beam catching plate 1 10 For shielding from the protective housing exiting radiation is further connected to the work table a beam catching plate 1 10, which projects beyond the workpiece 204.
  • the beam-trapping plate designated B has a bend with an angle of 135 °
  • C and D show alternative embodiments of the beam-catching plate 1 10 with a Y- or T respectively
  • Figure E shows an alternative embodiment of the jet-catching plate that can be tilted
  • Figure F shows a jet-catching plate in the retracted state.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention in plan view.
  • the device is altogether assigned the reference numeral 300.
  • the device 300 comprises a work table 301 with a support surface for one or more workpieces.
  • a plurality of beam trapping plates 302, 303, 304, 305, 306 are connected. All jet trays 302-306 have the same height; it is 700 mm (measured from the support surface). The working distance between laser cutting head and workpiece surface can be adjusted. It is at least 0.3 mm.
  • the support surface is divided into four sub-areas A-D, each of which defines a work area on the support surface.
  • the size of the support surface is 16,000 mm x 4,000 mm (L x W).
  • the faces A-D are the same size; their area is 4,000 mm x 4,000 mm (I x B) in each case.
  • a machining of a workpiece in a first work area allows and at the same time allows loading of another part surface (for example A, B or D) with a new workpiece.
  • the device comprises a machine portal 307 which can be moved in the longitudinal direction 309 and has a bridge 308 and a bridge 308 fastened to the bridge 308. in transverse carriage 312 for moving the laser cutting head 310 in the transverse direction 31 1.
  • the beam trapping plates 302, 306 have an L-shaped profile and are angled in the direction of the laser processing unit at an angle of 90 °.
  • the jet trapping plates 303, 304, 305 have a T-shaped profile. As a result, a good jet shielding is ensured regardless of the position of the machine portal for each of the partial surfaces A-D.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a curtain 400 as used in the device according to FIG.
  • the curtain 400 is intended to reduce leakage of laser radiation from a gap between a moveable component device 100 and the workpiece surface.
  • the curtain 400 is made of a plurality of fabric pieces 401 a-l made of fire-resistant fabric.
  • the individual fabric pieces 401 a-l are made by interweaving non-conductive threads; they have good flexibility with high mechanical stability.
  • the tissue pieces 401 al are side by side and arranged in three rows laterally offset one behind the other. This allows the most complete possible radiation shielding.
  • a metal wire 402a-l is incorporated in each case, which is connected to a safety circuit.
  • the metal wires 402a-d are shown in FIG. the metal wires 402e-l are incorporated into the fabric pieces 401el, respectively.
  • the metal wires 402a-l are made of copper and have a wire cross section of 0.25 mm 2 .
  • the metal wire is also damaged so that the safety circuit is interrupted. This allows easy detection of damaged tissue.
  • Figure 5 shows an embodiment of the device according to the invention with a laser processing unit, comprising a laser cutting head 500 and a - rigid guard 501.
  • a movable curtain 502 is attached on the protective cover 501.
  • the device comprises a work table 504 with a bearing surface for the workpiece 503.
  • a gap remains between the lower end of the curtain and the workpiece, through which radiation can escape from the protective hood.
  • the height of the gap h Sp , the distance between the point of impact of the laser beam on the workpiece surface and the beam catcher A ( La ser-sE) and the distance between the point of impact of the laser beam and the gap A ( L aser-s ) set the minimum height of the beam catcher h S E fixed.
  • FIG. 5 shows the following example:
  • the working height h Ar beit, n of the beam-catching device is greater than the free working distance between the laser machining unit and bearing surface (h Ar beit> h free):
  • hf re i h max + h w hkipp ⁇ hke with hok: free working distance between the laser machining unit and bearing ⁇ surface h max: free distance between laser machining head and the workpiece surface, h w: height of the workpiece, wherein hkipp the height of the Beam catcher after tilting or sinking the same represents.

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Abstract

Vorrichtungen (100) für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks weisen einen Arbeitstisch (101) mit einer Auflagefläche für die Aufnahme des Werkstücks, eine Laserbearbeitungseinheit (102) mit einem Laser-Bearbeitungskopf (102a), eine Bewegungseinheit mit einem Maschinenportal (103) zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs (102a) in einer Portal-Längsrichtung und einem Querwagen (104) zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs (102a) in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung (105) in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks, sowie eine mit dem Laserbearbeitungskopf (102a) in Längs- und Querrichtung (105) bewegliche Schutzhaube (107) auf. Um hiervon ausgehend eine Vorrichtung (100) anzugeben, die eine hohe Maschinendynamik ermöglicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal gewährleistet, wird vorgeschlagen, dass mit dem Arbeitstisch (101) mindestens eine in Querrichtung (105) verlaufende, stationäre Strahlfangeinrichtung (110) verbunden ist, die in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass sie die Auflagefläche maximal in der Arbeitshöhe überragt.

Description

VORRICHTUNG FÜR DIE THERMISCHE BEARBEITUNG EINES
WERKSTÜCKS MIT EINEM STRAHLFANGEINRICHTUNG
Beschreibung Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks mittels Laserstrahlung, aufweisend
• einen Arbeitstisch mit einer Auflagefläche für die Aufnahme des Werkstücks,
· eine Laserbearbeitungseinheit mit einem Laserbearbeitungskopf,
• eine Bewegungseinheit mit einem Maschinenportal zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs in einer Portal-Längsrichtung und einem Querwagen zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks, und
• eine mit dem Laserbearbeitungskopf in Längs- und Querrichtung bewegliche Schutzhaube.
Thermische Bearbeitungsvorrichtungen im Sinne der Erfindung werden insbesondere zum Schneiden oder Schweißen von Werkstücken aus Metall mittels eines Laserstrahls eingesetzt. Sie weisen neben einer Lasereinheit mit einem Laser- Schneid- oder Schweißkopf eine Bewegungseinheit auf, die eine mindestens zweidimensionale Bewegung des Laserschneidkopfes über dem Werkstück ermöglicht.
Stand der Technik Bei bekannten Vorrichtungen für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks ist als Bewegungseinheit häufig ein in einer Längsrichtung des Arbeitstisches bewegbares Maschinenportal vorgesehen. Die portalartige Struktur des Maschinenportals weist eine hohe mechanische Stabilität auf, so dass eine exakte und reproduzierbare Bewegung und Positionierung des Laserbearbeitungskopfs ermög- _ .
licht wird. Darüber hinaus ist mit dem Maschinenportal regelmäßig ein Querwagen verbunden, der eine Bewegung in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung ermöglicht. Hierdurch kann der Laserbearbeitungskopf mittels der Bewegungseinheit über die gesamte Fläche des Arbeitstisches bewegt wer- den.
Laser, die für die thermische Bearbeitung von metallischen Werkstücken eingesetzt werden, weisen eine hohe Strahlungsleistung auf. Von ihnen geht grundsätzlich eine Gefahr für die Gesundheit des Bedienpersonals, und insbesondere für die Organe Haut und Augen aus. Beim Einsatz von Laser-Strahlung zum Schneiden von Werkstücken sind daher Schutzvorkehrungen zum Schutz des Bedienpersonals zu treffen.
Das Maß der Schutzvorkehrungen ist unter anderem von der Art des eingesetzten Lasers abhängig. Insbesondere beim Einsatz von Faserlasern, die in einem Wellenlängenbereich von 1 .060 nm bis 1 .070 nm emittieren, sind aufwendige
Schutzmaßnahmen notwendig.
Bei bekannten Laser-Bearbeitungsvorrichtungen sind daher häufig Volleinhau- sungen der gesamten Vorrichtung vorgesehen, die alle Seiten der Vorrichtung einschließlich deren Oberseite umgeben. Volleinhausungen haben den Vorteil, dass ein Strahlungs-Austritt weitgehend ausgeschlossen werden kann. Das Vorsehen einer Volleinhausung geht allerdings mit einigen Nachteilen einher. Bei einer Beladung der Vorrichtung muss das Werkstück zunächst in die Volleinhausung verbracht werden. Eine Öffnung der Volleinhausung ist regelmäßig nur bei einem vorübergehenden Stillstand der Maschine möglich. Darüber hinaus kann der gesamte Bearbeitungs- und Maschinenbereich der Vorrichtung nicht unmittelbar, sondern nur über innerhalb der Volleinhausung angeordnete Kameras eingesehen werden.
Um diese Stillstandszeiten der Vorrichtung zu verringern und gleichzeitig einen hohes Maß an Sicherheit zu gewährleisten, wird in der EP 2 468 446 A1 eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Laser-Schneidkopf allseitig von einem mit - - dem Laser-Schneidkopf in Längsrichtung mitverfahrbaren äußeren Schutzgehäuse umschlossen ist. Innerhalb des Schutzgehäuses ist ein Schneidwagen angeordnet, der eine Bewegung des Laser-Schneidkopf in Querrichtung ermöglicht. Der Laser-Schneidkopf ist darüber hinaus von einer separaten, zusammen mit dem Schneidwagen beweglichen Schutzabdeckung umgeben.
Aus der EP 0 900 623 A1 ist eine Sicherheitsabschirmvorrichtung für eine Laserschneidanlage mit einem verfahrbaren Maschinenportal bekannt. An dem Maschinenportal ist zur Abschirmung der Laserstrahlung eine Schutzhaube mit mindestens einer Doppelschutzwand angebracht. Um den Austritt von Laserstrahlung zu minimieren, sind an der Schutzhaube ferner höhenverstellbare Strahlfangeinrichtungen vorgesehen, so dass ein möglichst geringer Abstand zwischen
Schutzhaube und Werkstück eingestellt werden kann.
EP 0 962 278 A2 offenbart eine Laserschneidanlage, die ein Maschinenportal, einen Arbeitstisch mit Auflagestegen und eine Schutzhaube umfasst. Um bei ei- nem nicht vollständig mit Werkstücken belegten Arbeitstisch einen Austritt von reflektierter Laserstrahlung durch offene Flächen des Arbeitstisches zu vermeiden, wird in der EP 0 962 278 A2 vorgeschlagen, unterhalb der Auflagestege zusätzliche vertikale Abschirmstege anzubringen.
Technische Aufgabe Der Einsatz eines in Längsrichtung mitverfahrbaren äußeren Schutzgehäuses, das den Laser-Schneidkopf allseitig umgibt, geht mit einem hohen Gewicht einher, das bei einer Bewegung der Bewegungseinheit mitbewegt werden muss; das Gewicht verringert die erzielbare Maschinendynamik und kann darüber hinaus die exakte und reproduzierbare Bewegung des Laser-Schneidkopfes beeinträchtigen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die eine hohe Maschinendynamik ermöglicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal gewährleistet. _ _
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem Arbeitstisch zumindest eine mindestens in Querrich- tung verlaufende Strahlfangeinrichtung verbunden ist, die in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass der Laserbearbeitungskopf über die Strahlfangeinrichtung verfahrbar ist..
Bei bekannten Vorrichtungen für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks wird ein Schutz des Bedienpersonals dadurch gewährleistet, dass die Schutzein- richtung zwei Elemente umfasst. Bei diesen Vorrichtungen ist der Laserbearbeitungskopf einerseits mit einer mit dem Querwagen mitbewegbaren inneren
Schutzabdeckung versehen, die andererseits von einem in Längsrichtung mitver- fahrbaren äußeren Schutzgehäuse allseitig umschlossen ist.
Die innere Schutzabdeckung wird bei einer Bewegung zusammen mit dem am Querwagen gehalterten Laserbearbeitungskopf bewegt. Um dabei eine gute Bewegbarkeit des Laserbearbeitungskopfes zu gewährleisten und insbesondere eine Kollision zwischen der inneren Schutzabdeckung und dem Werkstück zu vermeiden, ist es notwendig, dass zwischen der inneren Schutzabdeckung und der Werkstückoberfläche ein gewisser Spalt verbleibt. Da dieser Spalt für Laser-Strahlung durchlässig ist, sind der Laserbearbeitungskopf und die innere Schutzabdeckung in dem äußeren Schutzgehäuse angeordnet. Dieses ist regelmäßig allseitig umschlossen, um ein Austreten von Strahlung möglichst effektiv zu verhindern. Das äußere Schutzgehäuse muss allerdings bei einer Bewegung des Laserbearbeitungskopfes regelmäßig mitbewegt werden. Insbesondere ein äußeres Schutzgehäuse, das den Laserbearbeitungskopf allseitig umschließt, weist ein hohes Gewicht auf, und kann daher die Maschinendynamik beeinträchtigen. _ _
Im Unterschied hierzu sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei Modifikationen vorgesehen, von denen die eine das Vorsehen einer Strahlfangeinrichtung und die andere den Einsatz einer Schutzhaube betrifft, die den Laserbearbeitungskopf umgibt. Die Schutzhaube umgibt den Laserbearbeitungskopf insbeson- dere nach oben und an den Seiten. Dadurch wird unmittelbar am Laserbearbeitungskopf bereits ein Großteil austretender Laserstrahlung abgefangen, so dass etwaige andere Strahlschutzmaßnahmen weniger aufwändig sein müssen, wie etwa eine weitere, die innere Schutzhaube umgebende, äußere Schutzhaube, die gegebenenfalls nach oben offen bleiben kann. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine„stationäre" Strahlfangeinrichtung vorgesehen, die mit dem Arbeitstisch verbunden ist, beispielsweise in Form eines Schutzblechs. Unter dem Begriff„stationär" wird in Bezug auf die Strahlfangeinrichtung eine Anordnung derselben verstanden, bei der die Strahlfangeinrichtung bei einer Bewegung der Bewegungseinheit nicht zusammen mit der Bewegungs- einheit bewegt wird. Die„stationäre" Strahlfangeinrichtung ist mindestens an einer Seite mit dem Arbeitstisch mechanisch verbunden und zwar vorzugsweise mit dessen parallel zum Maschinenportal verlaufender Vorderseite. Im einfachsten Fall wird die mechanische Verbindung durch einfachen Kontakt zwischen Strahlfangeinrichtung und Arbeitstisch sichergestellt. Zwar ist es möglich, auch darauf zu verzichten, jedoch ist dies nicht bevorzugt, da gegebenenfalls ein für Laserstrahlung offener Spalt zwischen Strahlfangeinrichtung und Arbeitstisch entsteht.
Die„stationäre" Strahlfangeinrichtung ist demnach mit dem Arbeitstisch so verbunden, dass sich mindestens in Querrichtung erstreckt, vorzugsweise umgibt sie den Arbeitstisch jedoch allseitig und ist besonders bevorzugt auch allseitig mit dem Arbeitstisch verbunden.
Da aus dem Spalt zwischen Schutzhaube und Werkstückoberfläche vor allem reflektierte Laser-Strahlung oder Streustrahlung mit einem - bezogen auf die Werkstückoberfläche - flachen Reflexionswinkel austritt, kann diese Strahlung mittels der Strahlfangeinrichtung im Sinne der Erfindung einfach eingefangen werden. - -
Hierzu ist es notwendig, dass die Strahlfangeinrichtung die Werkstück-Oberfläche beziehungsweise Auflagefläche überragt.
Die Mindesthöhe, in der die Strahlfangeinrichtung die Werkstück-Oberfläche überragen sollte, um eine effektiven Schutz zu gewährleisten ist, lässt sich bei- spielsweise anhand der nachfolgenden Gleichung ermitteln:
Amax, (Laser-SE)
Figure imgf000008_0001
A(Laser-Sp) Dabei ist: hSE: die Mindesthöhe der Strahlfangeinrichtung,
hSp: die Höhe des Spalts zwischen Auflagefläche und
Schutzeinrichtung,
Amax, (Laser-sE)'- der maximal einstellbare Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und Strahlfangeinrichtung, und
(Laser-sp) der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und dem Spalt zwischen Werkstückoberfläche und Schutzeinrichtung. Der freie Arbeitsabstand ist der kleinste Abstand des Laserbearbeitungskopfes zur Auflagefläche. Bei Einhaltung des freien Arbeitsabstands wird - sofern nicht behindert durch etwaige starre Bestandteile der beweglichen Schutzhaube - eine ungestörte Bewegung des Laserbearbeitungskopfes und der ihn umgebenden Schutzhaube über die gesamte Auflagefläche des Arbeitstisches gewährleistet. Die Höhe der Strahlfangeinrichtung ist größer als der Arbeitsabstand zwischen
Laser-Bearbeitungseinheit und Auflagefläche, so dass das Strahlfangblech einer Bewegung der Bearbeitungseinheit beziehungsweise des Laserbearbeitungskopfes über die Strahlfangeinrichtung entgegensteht. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strahlfangeinrichtung auf einer Höhe kleiner als der Ar- beitsabstand verkippt oder versenkt werden kann. Im verkippten beziehungsweise versenkten Zustand, weist die Strahlfangeinrichtung bezogen auf die Auflageflä- che eine Höhe auf, die geringer als der Arbeitsabstand zwischen Laser- Bearbeitungseinheit und Auflagefläche ist. Hierdurch wird im verkippten oder versenkten Zustand eine freie Bewegung des Laserbearbeitungskopfes über die gesamte Auflagefläche des Arbeitstisches ermöglicht. Die Strahlfangeinrichtung ist dabei so dimensioniert, dass sie in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass sie im versenkten oder verkippten Zustand die Auflagefläche in einer Höhe überragt, die geringer ist als der Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflagefläche.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die Strahlfangeinrichtung einen mit dem Arbeitstisch verbundenen unteren Endabschnitt und einen den Arbeitstisch überragenden oberen Endabschnitt aufweist, wobei der obere Endabschnitt der Strahlfangeinrichtung um einen Winkel im Bereich von 80° bis 180°, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, gegenüber dem unteren Endabschnitt in Richtung auf die Laserbearbeitungseinheit abgewinkelt ist. Die abgewinkelte Strahlfangeinrichtung fängt die darauf auftreffende Strahlung besonders effektiv auf. Bei einer Abwinklung der Strahlfangeinrichtung von weniger als 80° oder mehr als 180° verliert sich deren Effektivität.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Strahlfangeinrichtung ein Y- oder T- förmiges Profil aufweist. Strahlfangeinrichtungen mit einem Y- oder T-förmigen Profil zeigen gute Strahlfangeigenschaften unabhängig von der Seite, von der die Strahlung auf die Strahlfangeinrichtung auftrifft. Die Strahlfangeinrichtungen können an einem Ende des Arbeitstisches oder im Mittenbereich des Arbeitstisches angeordnet sein. Von einer im Mittenbereich des Arbeitstisches angeordneten Strahlfangeinrichtung wird die Auflagefläche des Arbeitstisches grundsätzlich in zwei voneinander getrennte Arbeitsbereiche unterteilt. Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn die im Mittenbereich angeordneten Strahlfangeinrichtungen ein Y- oder T-förmiges Profil aufweisen. Hierdurch wird unabhängig davon, welchem Arbeitsbereich der - -
Laser-Schneidkopf gerade zugeordnet ist, eine ausreichende Funktion der Strahlfangeinrichtungen gewährleistet.
Vorzugsweise ist die Strahlfangeinrichtung aus Stahl oder Aluminium gefertigt und weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm auf. Eine aus Stahl oder Aluminium gefertigte Strahlfangeinrichtung weist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber auftreffender Laserstrahlung auf. Insbesondere die Dicke der Strahlfangeinrichtung beeinflusst deren Widerstandsfähigkeit; sie hat darüber hinaus Einfluss auf die mechanische Stabilität der Strahlfangeinrichtung. Eine Strahlfangeinrichtung mit einer Dicke von weniger als 1 mm weist eine geringe mechanische Stabilität auf und kann der auftreffenden Laser-Strahlung nur begrenzt standhalten. Eine Strahlfangeinrichtung mit einer Dicke von mehr als 5 mm geht mit hohen Herstellungskosten für die Vorrichtung einher.
In einer anderen, bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Abteilung mehrerer Arbeitsbereiche auf der Auflagefläche eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Strahlfangeinrichtungen mit dem Arbeitstisch verbunden.
Mehrere Strahlfangeinrichtungen ermöglichen eine Unterteilung der Auflagefläche in mehrere, voneinander getrennte Arbeitsbereiche, die jeweils mit einem Werkstück versehen werden können. Der Arbeitsbereich, dem der Laser-Schneidkopf zugeordnet ist, wird als Bearbeitungsbereich bezeichnet. Durch die Strahlfangeinrichtung und die Schutzhaube wird für jede Zuordnung des Laser-Schneidkopfes zu einem Arbeitsbereich ein so guter Laser-Schutz gewährleistet, dass während einer Bearbeitung eines ersten Werkstücks im Bearbeitungsbereich eine gleichzeitige Beladung der anderen Arbeitsbereiche ermöglicht wird. Es hat sich bewährt, wenn die Strahlfangeinrichtungen parallel zueinander verlaufen, und wenn benachbarte Strahlfangeinrichtungen einen Abstand im Bereich von 4000 mm bis 20000 mm zueinander aufweisen.
Strahlfangeinrichtungen, die parallel zueinander verlaufen, legen einen quadratischen oder rechteckigen Arbeitsbereich auf der Auflagefläche fest; - -
Bei einer anderen bevorzugten Modifikation der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Maschinenportal eine in Querrichtung verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen zugewandten und einer dem Querwagen abgewandten Seite umfasst, und dass der Schutzhaube auf der dem Querwagen zugewandten Seite ein sich vollständig in Querrichtung der Auflagefläche erstreckendes Abschirmelement vorgeordnet ist, das mit dem Maschinenportal in Längsrichtung bewegbar ist.
Im Gegensatz zu einer allseitigen Einhausung weist ein Abschirmelement ein geringeres Gewicht auf. Gleichzeitig zeigt ein Abschirmelement eine gute Ab- schirmwirkung für austretende Laserstrahlung und trägt zu einem hohen Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal der Vorrichtung bei.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Abschirmelement sich zumindest teilweise senkrecht zur Auflagefläche erstreckt und eine Abwinklung in Richtung der Laserbearbeitungseinheit in einem Winkelbereich von 100° bis 175° aufweist.
Ein abgewinkeltes Abschirmelement zeigt darüber hinaus eine verbesserte Ab- Schirmwirkung gegenüber einem nichtabgewinkelten Abschirmelement. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Abschirmwirkung insbesondere mit einer Abwinklung im oben genannten Winkelbereich erzielt werden kann. Die Abwinklung trägt darüber hinaus zu einer mechanischen Stabilisierung des Abschirmelements bei. Um die mechanische Stabilität des Abschirmelementes zu erhöhen, kann das Ab- schirmelement darüber hinaus mit einer Falz oder einer Sicke versehen sein.
Eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Maschinenportal eine in Querrichtung verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen zugewandten und einer dem Querwagen abgewandten Seite umfasst, und dass die bewegliche Schutzhaube auf ihrer der Brücke zugewandten Rückseite offen ausgeführt ist, wobei der offenen Rückseite eine sich vollständig in Querrichtung der Auflagefläche erstreckende und parallel zur Brücke verlaufende zusätzliche Schutzwand zugeordnet ist.
Dadurch, dass die Schutzhaube an ihrer Rückseite offen ausgeführt ist, kann das Gewicht der Schutzhaube reduziert werden, das bei einer Bewegung des Quer- - - wagens bewegt werden muss. Hierdurch werden eine hohe Maschinendynamik und eine exakte und reproduzierbare Einstellung des Querwagens ermöglicht. Um gleichzeitig eine ausreichende Abschirmwirkung zu erzielen, ist eine parallel zur Brücke verlaufende zusätzliche Schutzwand vorgesehen, die zusammen mit dem Maschinenportal in Längsrichtung bewegt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Laserbearbeitungseinheit einen Faserlaser mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 1 .060 nm bis 1 .080 nm auf.
Die Grenzwerte für Laserstrahlung im sichtbaren und im NIR-Bereich liegen we- sentlich niedriger als für andere optische Strahlung. Insbesondere beim Einsatz von Faserlasern, die im oben genannten Bereich emittieren, ist ein umfangreicher Strahlungsschutz, wie ihn die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet, notwendig.
Es hat sich bewährt, wenn das Abschirmelement und/oder die Schutzwand an ihrer Unterseite einen Vorhang aufweisen der einen Spalt zur Werkstückoberfläche abdichtet.
Ein Vorhang trägt zur effektiven Abdichtung eines zwischen Werkstückoberfläche und Vorrichtung verbliebenen Spalts bei. Ein solcher Vorhang ist während des Betriebs hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt; es hat sich daher bewährt, wenn der Vorhang eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Darüber hinaus muss der Vorhang eine gewisse Flexibilität aufweisen, um eine ausreichende Abdichtung des Spalts zu gewährleisten.
In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Vorhang aus einem flexiblen Gewebe gefertigt ist, in das ein an einen Sicherheitskreis an- geschlossener Metalldraht eingearbeitet ist.
Ein Gewebe weist eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Flexibilität auf. Allerdings wird auch ein solcher Vorhang mit zunehmender Einsatzdauer stark beansprucht. Um zu vermeiden, dass die Vorrichtung mit einem beschädigten Vorhang betrieben wird, ist in den Vorhang ein Metalldraht eingearbeitet, der an - - einen elektrischen Sicherheitskreis angeschlossen ist. Eine Beschädigung des Gewebes geht regelmäßig mit einer Beschädigung des Metalldrahtes einher. Hierbei wird der Sicherheitskreis unterbrochen, so dass die Beschädigung des Vorhangs einfach detektiert werden kann. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn der Vorhang mehrere nebeneinander und seitlich versetzt hintereinander angeordnete Gewebestücke mit jeweils einem an einen Sicherheitskreis angeschlossenen Metalldraht umfasst.
Mehrere nebeneinander und seitlich versetzt hintereinander angeordnete Gewebestücke erhöhen die Sperrwirkung des Vorhangs für auftreffende Strahlung. Dadurch, dass die Gewebestücke jeweils an einen Sicherheitskreis angeschlossen sind, lassen sich auch kleinere Beschädigungen des Vorhangs einfach und schnell detektieren und lokalisieren.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und vier Figu- ren näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Werkstücks in perspektivischer Ansicht,
Figur 2 die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur
1 in Schnittdarstellung,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Werkstücks mit mehreren Strahlfangeinrichtungen in Draufsicht,
Figur 4 eine Ausführungsform der Vorhänge, und Figur 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. - -
Figur 1 zeigt schematisch eine Laserschneidmaschine, der insgesamt die Bezugsziffer 100 zugeordnet ist. Die Laserschneidmaschine 100 wird zum Schneiden von ebenen Werkstücken aus Metall eingesetzt.
Sie umfasst einen Arbeitstisch mit einer Auflagefläche von (L x B) 4000 mm x 12.000 mm (in Figur 1 durch Linien 101 a, 101 b dargestellt), eine Laserbearbei- tungs-Einheit 102 mit einem Faser-Laser und einem Laser-Schneidkopf 102a sowie ein Maschinenportal 103 mit einem Querwagen 104. Der Laser-Schneidkopf 102a ist mit dem Querwagen 104 verbunden, so dass dieser zusammen mit dem Querwagen 104 bewegt werden kann. Das Maschinenportal 103 mit Querwagen 104 weist eine zweiachsig serielle Verschiebekinematik auf, die eine Bewegung des Laser-Schneidkopfes 102a in Längsrichtung 106 und in der zur Längsrichtung senkrecht verlaufenden Querrichtung 105 ermöglicht. Durch das Maschinenportal 103 und den Querwagen104 kann der Laser-Schneidkopf 102a in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks bewegt werden. Um während des Schneidprozesses ein Austreten von Laserstrahlung zu vermeiden, weist die Laserschneidmaschine mehrere Strahlungs-Schutzeinrichtungen auf. So ist der Laser-Schneidkopf 102a unterhalb einer Schutzhaube 107 angeordnet. Die Schutzhaube 107 ist an dem Querwagen 104 befestigt; sie wird über das Maschinenportal 103 zusammen mit dem Laser-Schneidkopf 102a in Längs- und Querrichtung 105, 106 bewegt; sie ist aus Aluminium gefertigt und umfasst zwei Seitenbleche 107a, 107b und ein Frontblech 107c. Die Schutzhaube 107 ist 500 mm hoch. Auf der dem Maschinenportal 103 zugewandten Seite ist die Schutzhaube offen.
Um darüber hinaus eine effektive Schutzeinhausung des Laser-Schneidkopfes zu gewährleisten, ist der dem Querwagen abgewandten Seite des Maschinenportals
103 eine zusätzliche Schutzwand (nicht dargestellt; in Figur 2: 201 ) in Form eines mit dem Maschinenportal 103 verbunden Bleches zugeordnet, welches sich in Querrichtung über den Arbeitstisch erstreckt und in Längsrichtung 106 zusammen mit dem Maschinenportal 103 bewegt werden kann. Das Blech weist eine Länge von 5.000 mm bei einer Höhe von 1 .000 mm auf; es ist aus Aluminium gefertigt. - -
Weiterhin ist der Schutzhaube 107 ein Abschirmelement in Form eines Abschirmblechs 108 vorgeordnet, das über Seitenbleche 108c, 108d mit dem Maschinenportal 103 verbunden und zusammen mit diesem in Längsrichtung 106 bewegbar ist. Das Abschirmblech 108 ist aus Aluminium gefertigt und weist eine Bleckstärke von 2 mm auf. Dabei ist das Abschirmblech 108 in einem Winkel von 45 ° abgewinkelt. Das Abschirmblech 108 und die Seitenbleche 108c, 108d können nach oben bewegt werden, um eine einfachen Zugang zum Laser-Schneidkopf 102a zu ermöglichen
Dadurch, dass sowohl die Schutzhaube 107 als auch das Schutzwand-Blech und das Abschirmblech 108 mittels des Maschinenportals 103 über die Oberfläche des Werkstücks bewegt werden können, weisen diese Bauteile in Bezug auf die Auflagefläche regelmäßig einen Abstand auf. Um zu vermeiden, dass aus dem resultierenden Spalt Laserstrahlung austritt, sind die äußeren Bauteile, nämlich das Schutzwand-Blech und das Abschirmblech 108, an ihrer der Werkstückober- fläche zugewandten Unterseite mit einem Vorhang (nicht dargestellt; in Figur 2: 202a, 202b) versehen, der den Spalt abdichtet. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist auch die Schutzhaube an ihrer der Werkstoffoberfläche zugewandten Unterseite mit einem Vorhang versehen.
Besonders wirkungsvoll wird ein unerwünschtes Austreten von Laserstrahlung durch eine mit Arbeitstisch verbundene Strahlfangeinrichtung in Form des Strahlfangblechs 1 10 verhindert. Das Strahlfangblech 1 10 erstreckt sich ausgehend von der Auflagefläche des Arbeitstisches zunächst senkrecht zur Auflagefläche. An diesen Abschnitt schließt sich ein um 90° abgewinkelter Endabschnitt an (nicht dargestellt). Das Strahlfangblech 1 10 erstreckt sich vollständig in Querrichtung 105 der Auflagefläche. Das Strahlfangblech 1 10 weist eine Höhe von 700 mm auf. Um eine einfache und schnelle Bewegung des Laser-Schneidkopfes 102a und des Maschinenportals 103 über das Strahlfangblech 1 10 zu ermöglichen, kann das Strahlfangblech 1 10 zur Auflagefläche entlang der Drehachse 1 1 1 verkippt werden. - -
Die Höhe des Strahlfangblechs 1 10 ist größer als der Arbeitsabstand. Um eine einfache und schnelle Bewegung des Laser-Schneidkopfes 102a und des Maschinenportals 103 über da Strahlfangblech 1 10 zu ermöglichen, kann das Strahlfangblech gegenüber der Auflagefläche alternativ versenkt werden. Das Strahlfangblech 1 10 unterteilt die Auflagefläche in mehrere Arbeitsbereiche, beispielsweise in einen Beladungsbereich und einen Schneidbereich. Es trägt dazu bei, dass eine Beladung des Beladungsbereichs während des Betriebs der Laserschneidvorrichtung 100 vorgenommen werden kann, so dass gleichzeitig kurze Fertigungszeiten und ein effizienter Betrieb der Vorrichtung 100 ermöglicht werden.
Figur 2 zeigt schematisch die Laserschneidmaschine 100 aus Figur 1 in Schnittdarstellung. Die Laserschneidmaschine 100 umfasst einen Arbeitstisch 101 , ein Maschinenportal 103 und eine Laserbearbeitungseinheit 102 mit einem Laserschneidkopf 102a. Der Laserschneidkopf ist in Richtung 203 höhenverstellbar, so dass die Einstellung des Arbeitsabstands e zwischen Laser-Schneidkopf 102a und Werkstückoberfläche ermöglicht wird. Der Laser-Schneidkopf 102a ist von einer Schutzeinhausung umgeben. Diese umfasst die mit dem Laser-Schneidkopf in Querrichtung bewegbare Schutzhaube 107, die Schutzwand 201 , das Abschirmblech 108 und die mit dem Abschirmblech 108 und der Schutzwand 201 verbundenen Vorhänge 202a, 202b.
Der Arbeitstisch 101 weist eine Auflagefläche für das Werkstück 204 auf, die von mehreren Auflagestegen 206 gebildet wird. Die Auflagestege unterscheiden sich in ihrer Steghöhe; sie sind so ausgelegt, dass entweder am Tischgrund 207 re- flektierte Strahlung 205 in die Schutzhaube 107 zurückreflektiert oder absorbiert wird.
Zur Abschirmung aus der Schutzeinhausung austretender Strahlung ist ferner mit dem Arbeitstisch ein Strahlfangblech 1 10 verbunden, das das Werkstück 204 überragt. - -
Das mit„A" bezeichnete Strahlfangblech 1 10 in Figur 2 weist ist um 90°in Richtung der Laserbearbeitungseinheit abgewinkelt. Gute Ergebnisse werden außerdem erzielt, wenn das Strahlfangblech 1 10 eine Abwinklung mit einem anderen Winkel aufweist. Mit den Bezugszeichen B, C, D, E und F sind in Figur 2 alterna- tive Ausführungsformen des Strahlfangblechs im Profil dargestellt. Das mit B bezeichnete Strahlfangblech weist einen Abwinklung mit einem Winkel von 135° auf. C und D zeigen alternative Ausführungsformen des Strahlfangbleches 1 10 mit einem Y- beziehungsweise T-förmigen Profil. Abbildung E zeigt eine alternative Ausführungsform des Strahlfangbleches, das verkippt werden kann. Abbildung F zeigt ein Strahlfangblech im versenkten Zustand.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht dargestellt. Der Vorrichtung ist insgesamt die Bezugsziffer 300 zugeordnet.
Die Vorrichtung 300 umfasst einen Arbeitstisch 301 mit einer Auflagefläche für ein oder mehrere Werkstücke. Mit dem Arbeitstisch 301 sind mehrere Strahlfangbleche 302, 303, 304, 305, 306 verbunden. Alle Strahlfangbleche 302-306 weisen die gleiche Höhe auf; sie beträgt 700 mm (von der Auflagefläche aus gemessen). Der Arbeitsabstand zwischen Laser-Schneidkopf und Werkstückoberfläche kann eingestellt werden. Er beträgt mindestens 0,3 mm. Durch die Strahlfangbleche 302-306 wird die Auflagefläche in vier Teilfächen A-D unterteilt, von denen jede einen Arbeitsbereich auf der Auflagefläche festlegt. Die Größe der Auflagefläche beträgt 16.000 mm x 4.000 mm (L x B). Die Teilflächen A-D sind gleich groß; ihre Fläche beträgt jeweils 4.000 mm x 4.000 mm (I x B).
Dadurch, dass mehrere Arbeitsbereiche vorgesehen sind, wird eine Bearbeitung eines Werkstücks in einem ersten Arbeitsbereich, beispielsweise in Teilfläche C, ermöglicht und gleichzeitig eine Beladung einer anderen Teilfläche (beispielsweise A, B oder D) mit einem neuen Werkstück ermöglicht.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein in Längsrichtung 309 verfahrbares Maschinenportal 307 mit einer Brücke 308 und einem an der Brücke 308 befestig- - - ten in Querwagen 312 zur Bewegung des Laser-Schneidkopfes 310 in Querrichtung 31 1 .
Die Strahlfangbleche 302, 306 weisen ein L-förmiges Profil auf und sind in Richtung auf die Laserbearbeitungseinheit in einem Winkel von 90° abgewinkelt. Die Strahlfangbleche 303, 304, 305 weisen ein T-förmiges Profil auf. Hierdurch wird eine gute Strahlabschirmung unabhängig von der Position des Maschinenportals für jede der Teilflächen A-D gewährleistet.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform eines Vorhangs 400 wie bei der Vorrichtung gemäß Figur 1 eingesetzt wird. Der Vorhang 400 soll ein Austreten von Laser- Strahlung aus einem Spalt zwischen einem beweglichen Bauteil Vorrichtung 100 und der Werkstückoberfläche verringern.
Der Vorhang 400 ist aus mehreren Gewebestücken 401 a-l aus feuersfestem Gewebe gefertigt. Die einzelnen Gewebestücke 401 a-l sind durch Verweben von nichtleitenden Fäden hergestellt; sie weisen eine gute Flexibilität bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität auf.
Die Gewebstücke 401 a-l sind nebeneinander und in drei Reihen seitlich versetzt hintereinander angeordnet. Hierdurch wird eine möglichst vollständige Strahlungs-Abschirmung ermöglicht. In die Gewebestücke 401 a-l ist jeweils ein Metalldraht 402a-l eingearbeitet, der an einen Sicherheitskreis angeschlossen ist. Zur Vereinfachung sind in Figur 4 nur die Metalldrähte 402a-d eingezeichnet; die Metalldrähte 402e-l sind entsprechend in die Gewebestücke 401 e-l eingearbeitet. Die Metalldrähte 402a-l sind aus Kupfer gefertigt und weist eine Drahtquerschnitt von 0,25 mm2 auf.
Verschleißt das Gewebe, beispielsweise in Folge von mechanischer Beanspru- chung oder Alterung, wird damit auch der Metalldraht beschädigt, so dass der Sicherheitskreis unterbrochen wird. Hierdurch wird eine einfache Detektion eines beschädigten Gewebes ermöglicht.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Laserbearbeitungseinheit, umfassend einen Laser-Schneidkopf 500 und eine - - starre Schutzhaube 501 . An der Schutzhaube 501 ist ein beweglicher Vorhang 502 befestigt. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Arbeitstisch 504 mit einer Auflagefläche für das Werkstück 503.
Um eine gute Bewegbarkeit der Laserbearbeitungseinheit zu gewährleisten, ver- bleibt zwischen dem unteren Ende des Vorhangs und dem Werkstück ein Spalt, durch den Strahlung aus der Schutzhaube austreten kann. Die Höhe des Spalts hSp, der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und der Strahlfangeinrichtung A(Laser-sE) und der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls und dem Spalt A(Laser-s ) legen die Mindesthöhe der Strahlfangeinrichtung hSE fest.
Figur 5 zeigt folgendes Beispiel:
Die Arbeitshöhe hArbeit, n der Strahlfangeinrichtung ist größer als der freie Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflagefläche (hArbeit > hfrei):
Es gilt: hfrei = hmax + hw mit hkipp < hfrei mit hfrei : freier Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflage¬ fläche, hmax: freier Abstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Werkstückoberfläche, hw: Höhe des Werkstücks, wobei hkipp die Höhe der Strahlfangeinrichtung nach dem Verkippen beziehungsweise Versenken derselben darstellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (100; 300) für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks (204; 503) mittels Laserstrahlung, aufweisend
• einen Arbeitstisch (101 ; 301 ; 504) mit einer Auflagefläche für die Aufnahme des Werkstücks (204; 503),
• eine Laserbearbeitungseinheit (102) mit einem Laserbearbeitungskopf (102a; 502),
• eine Bewegungseinheit mit einem Maschinenportal (103) zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs (102a) in einer Portal-Längsrichtung (106) und einem Querwagen (104) zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs (102a) in einer senkrecht zur Längsrichtung (106) verlaufenden Querrichtung (105) in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks (204; 503), und
• eine mit dem Laserbearbeitungskopf (102a) in Längs- und Querrichtung (106, 105) bewegliche Schutzhaube (107; 501 ),
dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Arbeitstisch (101 ; 301 ; 504) zumindest eine mindestens in Querrichtung (105) verlaufende Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) verbunden ist, die in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass der Laserbearbeitungskopf (102a) über die Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) verfahrbar ist.
2. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) einen mit dem Arbeitstisch (101 ; 301 ; 504) verbundenen unteren Endabschnitt und einen den Arbeitstisch (101 ; 301 ; 504) überragenden oberen Endabschnitt aufweist, wobei der obere Endabschnitt der zumindest einen Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) um einen Winkel im Bereich von 80° bis 180° gegenüber dem unteren Endabschnitt in Richtung auf die Laserbearbeitungseinheit (102) abgewinkelt ist.
3. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) ein Y- oder T-förmiges Profil aufweist.
4. Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfangeinrichtung (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) aus Aluminium gefertigt ist und eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweist.
5. Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abteilung mehrerer Arbeitsbereiche auf der Auflagefläche eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Strahlfangeinrichtungen (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) mit dem Arbeitstisch (101 ; 301 ;504) verbunden sind.
6. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfangeinrichtungen (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) parallel zueinander verlaufen, und dass benachbarte Strahlfangeinrichtungen (1 10; 302; 303; 304; 305; 306) einen Abstand im Bereich von 4000 mm bis 20000 mm zueinander aufweisen.
7. Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenportal (103) eine in Querrichtung (105) verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen (104) zugewandten und einer dem Querwagen (104) abgewandten Seite aufweist, und dass der Schutzhaube (107) auf der dem Querwagen (104) zugewandten Seite ein sich vollständig in Querrichtung (105) der Auflagefläche erstreckendes Abschirmelement (108) vorgeordnet ist, das mit dem Maschinenportal (103) in Längsrichtung (106) bewegbar ist.
8. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (108) sich zumindest teilweise senkrecht zur Auflagefläche erstreckt und eine Abwinklung in Richtung der Laserbearbeitungseinheit (102) in einem Winkelbereich von 100° bis 175° aufweist.
9. Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenportal (103) eine in Querrichtung (105) verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen (104) zugewandten und einer dem Querwagen (104) abgewandten Seite umfasst, und dass die bewegliche Schutzhaube (107) eine der Brücke zugewandte Schutzhauben-Rückseite aufweist, die offen ausgeführt ist, und dass die Vorrichtung eine sich vollständig in Querrichtung (105) der Auflagefläche erstreckende und parallel zur Brücke verlaufende zusätzliche Schutzwand (201 ) aufweist, die der offenen Schutzhauben-Rückseite zugeordnet ist.
10. Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (102) einen Faserlaser mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 1 .060 nm bis 1 .080 nm aufweist.
1 1 . Vorrichtung (100; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7
und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (108) und/oder die Schutzwand (201 ) an ihrer Unterseite einen Vorhang (400; 502) aufweisen der einen Spalt zur Werkstückoberfläche abdichtet.
12. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang (400; 502) aus einem flexiblen Gewebe gefertigt ist, in das ein an einen Sicherheitskreis angeschlossener Metalldraht eingearbeitet ist.
13. Vorrichtung (100; 300) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang (400, 502) mehrere nebeneinander und seitlich versetzt hintereinander angeordnete Gewebestücke (401 a-l) mit jeweils einem an einen Sicherheitskreis angeschlossenen Metalldraht (402a-l) umfasst.
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