WO2019072536A1

WO2019072536A1 - Vorrichtung zum betreiben eines länglichen werkstücks mittels eines um das werkstück umlaufenden laserstrahls

Info

Publication number: WO2019072536A1
Application number: PCT/EP2018/075854
Authority: WO
Original assignee: Fischer Edelstahlrohre Gmbh
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2019-04-18
Also published as: DE102017123340A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks (2) wie Rohre oder andere Metall-Halbzeuge mittels eines um das Werkstück (2) umlaufenden Laserstrahls (3), mit einem Maschinenkörper (4), mit einem gegenüber dem Maschinenkörper (4) drehbar gelagerten Halteelement (5), mit einer vom Halteelement (5) umschlossenen Öffnung (6), die beim Bearbeiten des Werkstücks (2) von dem zu bearbeitenden Werkstück (2) durchgriffen ist, wobei das Halteelement (5) bei seiner Drehbewegung eine das Werkstück (2) zumindest teilweise umschließende Hüllfläche (7) beschreibt, mit einer Laserstrahlquelle (8) zur Erzeugung des Laserstrahls (3), wobei die Laserstrahlquelle (8) von dem Halteelement (5) gehalten wird. Eine einfachere und gleichwohl zweckmäßige Konstruktion wird dadurch bereitgestellt, dass die Laserstrahlquelle (8) auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück (2) abgewandten Seite des Halteelements (5), also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche (7), angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks mittels eines um das Werkstück umlaufenden Laserstrahls

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks wie Rohre oder andere Metall-Halbzeuge mittels eines um das Werkstück umlaufenden Laserstrahls, mit einem Maschinenkörper, mit einem gegenüber dem Maschinenkörper drehbar gelagerten Halteelement, mit einer vom Halteelement umschlossenen Öffnung, die beim Bearbeiten des Werkstücks von dem zu bearbeitenden Werkstück durchgriffen ist, wobei das Halteelement bei seiner Drehbewegung eine das Werkstück zumindest teilweise umschließende Hüllfläche beschreibt, mit einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung des Laserstrahls, wobei die Laserstrahlquelle von dem Halteelement gehalten wird.

Seit Jahrzehnten zählt zu den Standardaufgaben der industriellen Fertigungstechnik, Metall-Halbzeuge auf ein gewünschtes Maß abzulängen, wobei die Metall-Halbzeuge vor dem Ablängen in einer gewissen Fixlänge zur Verfügung stehen oder durch einen Endlos-Fertigungsprozess zum Abtrennen auf die gewünschte Länge zugeführt werden. Das Bearbeiten des Metall-Halbzeugs kann nicht nur im Ablängen bestehen, sondern beispielsweise auch in dem Einbringen wunschgemäßer Öffnungen in die Wandung eines Halb- zeugs, wie beispielsweise eines metallischen Rohres, oder in einem Schweiß- prozess zum thermischen stoffschlüssigen Zusammenfügen mehrerer Werkstücke.

Über lange Zeit eingesetzte klassische spanende Bearbeitungsverfahren gingen aufgrund von unvermeidlicher Spanabhebung mit verschiedenen Proble- men einher, wie beispielsweise der Verschmutzung der getrennten Werkstücke an der Trennstelle mit Spänen oder auch der Trennvorrichtung. Je nach Anwendungsfall war und ist nachfolgend ein aufwendiger und kostenintensiver Reinigungsprozess erforderlich, dem die abgelängten Werkstücke unterzogen werden müssen. Genauso müssen die Vorrichtungen zur Bearbeitung des Werkstücks regelmäßig gereinigt werden, um eine zuverlässige Bearbeitung oder eine Bearbeitung in der gewünschten Qualität gewährleisten zu können.

Bei anderen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik ist vorgesehen, dass das längliche Werkstück durch Einfuhren eines Schneidwerkzeuges - mit oder ohne Gegenhalter - spanlos bearbeitet wurde, beispielsweise auch durch Abscheren einer Werkstück-Wandung durch aneinander vorbeilaufenden Scherkanten der Bearbeitungsvorrichtung. Problematisch sind auch hier die unvermeidliche Gratbildung am Werkstück (mit einer dann möglicherweise erforderlichen Nachbearbeitung der Trennkanten) und ggf. auch die Bildung von Spänen.

Mit Einführung der Laser-Technologie konnten einige der vorgenannten Probleme beseitigt oder zumindest gemildert werden, wenngleich der geräte- und steuerungstechnische Aufwand aufseiten der Fertigungsmaschinen deutlich gestiegen ist. Je nach Dicke des zu bearbeitenden Materials können durch Einsatz der Laser-Technologie sehr glatte Schnittkanten ohne Gratbildung und ohne Verschmutzung der Werkstücke an der Bearbeitungsstelle durch Späne entstehen.

Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung (EP 2 595 777 Bl) ist vorgesehen, als Halteelement für das als Laserstrahlquelle ausgebildete Schneidmittel einen hohlwandigen Rotationskörper vorzusehen, in dessen Hohlwandung die Laserstrahlquelle angeordnet ist. Dies bringt einige Nachteile mit sich, wie beispielsweise einen recht aufwendigen und schweren Rotationshohlkörper, durch den die Laserstrahlquelle zwar geschützt ist, der aber gleichzeitig auch den Zugang zu der Schneidvorrichtung erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung weiterzuentwickeln und anzugeben, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest gemindert sind.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist bei der gattungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks mittels eines um das Werkstück umlaufenden Laserstrahls zunächst dadurch gelöst, dass die Laserstrahlquelle auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück abgewandten Seite des Halteelements, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllflä- che, angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden verschiedene Vorteile erreicht, wie beispielsweise die bessere Zugänglichkeit der Laserstrahlquelle im Wartungs- bzw. Reparaturfall und ein erheblich einfacherer Aufbau des drehbar gelagerten Halteelements.

Die Laserstrahlquelle umläuft aufgrund der Drehbewegung des Halteelements ebenfalls das zu bearbeitende Werkstück. Das umlaufende (nicht zwin- gend rotierende) Halteelement beschreibt bei seiner Drehbewegung eine gedachte Hüllfläche um das zu bearbeitende Werkstück. Innerhalb von der derart definierten Hüllfläche verläuft das Werkstück, jedenfalls teilweise. Da die Laserstrahlquelle geometrisch an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche angeordnet ist, bleibt der von der Hüllfläche umschriebene Innenraum, in dem sich das Werkstück zumindest teilweise befindet, frei von einer rotierenden Laserstrahlquelle. Gleichzeitig ist die Laserstrahlquelle weitestgehend von den Geschehnissen im Hüllflächeninnenraum geschützt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Laserstrahlführung und/oder eine Laserstrahloptik und/oder eine Steuerungselektronik auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück abgewandten Seite des Halteelements, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche, angeordnet ist. Damit sind alle für das Laserschneiden erforderlichen Komponenten ortsfest auf dem umlaufenden Halteelement befestigt und können entsprechend miteinander verbunden werden. Eine besonders robuste und störungssichere Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungselektronik durch ein physikalisches Übertragungsmedium mit der Laserstrahlquelle und/oder Laserstrahlführung und/oder der Laserstrahloptik verbunden ist. Als physikalisches Übertragungsmedium kommen Kabel in jeder Ausgestaltung, Draht, Lichtwellenleiter und dergleichen in Betracht, wobei sich Kabellösungen auch für die Verteilung und Übertragung von Energie eignen und nicht nur von Steuerungssignalen niederer Leistung. Die Anordnung der Steuerungselektronik auf dem umlaufenden Halteelement hat den Vorteil, dass ggf. zur Ansteuerung der gesamten Laserstrahlanordnung (Laserstrahlquelle, Laserstrahlführung, Laserstrahloptik) erforderliche Steuerungssignale nicht von einem ruhenden auf ein rotierendes Maschinenteil übertragen werden müssen, so dass hier eine mögliche Störquelle ausgeschlossen wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Halteelement ein Hohlkörper mit einer im Wesentlichen geschlossenen Wandung ist, wobei diese Wandung eine Öffnung zum Durchtritt des Laserstrahls aufweisen kann. Ein einfaches Beispiel für einen derartigen Hohlkörper ist ein Rohr, also ein Zylinder, der an seinen Stirnseiten auch offen sein kann. Ein Vorteil kann hier darin gesehen werden, dass die Hüllfläche physikalisch in vollem Umfang realisiert ist - also nicht nur bei einer gedachten Rotation des Halteelements entsteht - so dass das Halteelement einen geschützten Innenraum aufweist, in dem sich das zu bearbeitende Werkstück zumindest teilweise befindet. Ein weiterer Vorteil der geschlossenen Wandung ist die Vielzahl an Installationsmöglichkeiten für die verschiedenen Elemente, also die Laserstrahlquelle, die Laserstrahlführung und ggf. die Laserstrahloptik sowie die Steuerungselektronik.

Ganz allgemein wird bei der Auswahl der Installationsorte für die verschiedenen Bauteile auf der Außenseite des Halteelements grundsätzlich darauf geachtet, dass eine symmetrische Massenverteilung vorliegt, um Unwuchten innerhalb der Konstruktion zu vermeiden, ggf. sind Ausgleichgewichte vorzusehen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Halteelement käfigartig ausgestaltet ist, also eine im Wesentlichen eben nicht geschlossene Wandung aufweist. Das käfigartige Halteelement weist beispielsweise Längsstreben auf, die parallel zu der Drehachse des Halteelements verlaufen. Zur Stabilisierung können die Längsstreben durch ringförmige Querstreben ergänzt werden. Bei der ggf. erfolgenden Verkabelung der auf den Streben angeordneten Laservorrichtung werden die Streben als Kabelführungen verwendet. Ein Vorteil dieser Konstruktion liegt in der Beobachtbarkeit des von dem käfigartigen Halteelement umlaufenden Werkstücks und in der vergleichsweise leichten Konstruktion mit nur geringen rotierenden Massen. Wie auch schon zu dem Halteelement mit einer geschlossenen Wandung ausgeführt worden ist, ist auch bei der käfigartigen Ausgestaltung des Halteelements auf einen möglichst guten Masseausgleich zu achten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks durch einen umlaufenden Laserstrahl sieht vor, dass die Laserstrahloptik in axialer Richtung auf dem Halteelement verschiebbar angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist es nicht nur möglich, das Werkstück in Umfangrichtung zu bearbeiten, vielmehr kann ein ruhendes Werkstück durch die Verschiebbarkeit der Laserstrahloptik auch in axialer Richtung bearbeitet werden. Genauso ist es möglich, ein kontinuierlich zugeführtes Werkstück, das also mit einer axialen Vorschubgeschwindigkeit durch die von dem Halteelement umschlossene Öffnung zugeführt wird, mit dem Werkstück mitbewegt wird, so dass also die Zuführbewegung ausgeglichen wird und eine relativ zum Werkstück in axialer Richtung ruhende Bearbeitung erfolgen kann. So ist es beispielsweise möglich, kontinuierlich gefertigte und zugeführte Rohre - inline - zu trennen, so dass die Trennebene senkrecht zur Werkstückachse verläuft. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass ein Stellmittel zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück abgewandten Seite des Halteelements, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche, angeordnet ist, wobei sich dann auch insbesondere anbietet, eine Stellmittelansteuerung auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück abgewandten Seite des Halteelements, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche, anzuordnen. Bei dieser Lösung müssen in axialer Richtung nur sehr wenige Massen bewegt werden, insbesondere geraten nicht ganze Maschinenteile, also Teile des Maschinenkörpers, in Bewegung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass - alternativ oder zusätzlich - der Maschinenkörper auf einem Maschinenbett in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei mit axialer Richtung wiederum die Drehachse des Halteelements gemeint ist, die in der Regel mit deren Längsrichtung des Werkstücks übereinstimmt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es durchaus sinnvoll sein, dass beide Maßnahmen zur axialen Verschiebbarkeit gleichzeitig realisiert werden. So könnte beispielsweise eine den Vorschub des Werkstücks ausgleichende Bewegung durch die Verschiebung des Maschinenkörpers auf dem Maschinenbett realisiert werden, während schnellere axiale Bewegungen durch die maschinelle Verschiebung der Laserstrahloptik realisiert wird. Der durch die axiale Verschiebung der Laserstrahloptik realisierte Verstellweg müsste dann auch nur so ausgedehnt sein, wie der ortsfeste Bearbeitungsbereich auf dem Werkstück.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Bearbeitungs Vorrichtung ist zwischen dem Maschinenkörper und dem Halteelement eine elektrische Übertragungsvorrichtung angeordnet, mit der zumindest elektrische Energie zum Betrieb der auf dem Halteelement angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen wird, also insbesondere zum Betrieb der Laserstrahlquelle, der Laserstrahlführung, der Laserstrahloptik, der dazu gehörigen Steuerungselektronik, des Stellmittels zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik und der Stellmittelansteuerung. Hier ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrische Übertragungsvorrichtung auf Grundlage von Gleitkontakten - beispielsweise in Form von Schleifringen und Schleifkontakten - oder auf Grundlage von induktiven Übertragern beruht. Eine Beschränkung auf die elektrische Leistungsübertragung ist deshalb sinnvoll, weil hochfrequente Störungen in der Versorgungsspannung entweder unerheblich oder leicht zu filtern sind.

Bei der Übertragung von Steuerungssignalen mit einer hohen Bandbreite sind hochfrequente Störungen nicht so einfach zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen zu filtern. Ferner sind vielpolige Gleitkontakte auch eine Fehlerquelle, die sich vermeiden lässt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Funk-Datenschnittstelle an dem Halteelement angeordnet ist, insbesondere wobei Steuerungsdaten zum Betrieb der auf dem Halteelement angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen werden, also insbesondere zum Betrieb der Laserstrahlquelle, der Laserstrahlführung, der Laserstrahloptik, der dazu gehörigen Steuerungselektronik des Stellmittels zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik und der Stellmittelsteuerung. So lassen sich die entsprechenden Geräte über eine Funkverbindung parametrieren und steuern, wobei bevorzugt solche Funktechnologien zum Einsatz kommen, bei denen Latenzen berücksichtigt werden (z. B. IEEE 802.1 lmc), sodass ein synchroner Ablauf von einer Steuerung auf dem rotierenden Halteelement und einer ruhenden Steuerung, die beispielsweise an dem Maschinenkörper verortet ist, gewährleistet ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement von dem Maschinenkörper an wenigstens zwei Lagerstellen drehbar gelagert ist. Gegenüber einer einseitigen Lagerung hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass Schwingungen um einen einseitigen Lagerpunkt unterdrückt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Lagerstellen der größte Teil des Halteelements verläuft und jenseits wenigstens einer der beiden Lagerstellen ein kleinerer Teil des Halteelements verläuft. Durch diese Maßnahme entsteht ein durch die Lagerstellen eingeschlossener Lagerungsbereich für das Halteelement, der an zwei Stellen definierte Knotenpunkte für eine Bewegung des zwischen den Lagerstellen erstreckten Halteelements aufweist. Der Bereich des Halteelements, der über eine der beiden Lagerungsstellen hinausragt, der also den kleineren Teil des Halteelements ausmacht, hat zunächst eine geringere Schwingungsneigung als der zwischen den Lagerungsstellen befindliche Bereich. Dies gilt dann besonders, wenn das freie Ende des kleineren Teils des Halteelements durch eine weitere Lagerstelle definiert geführt wird. Aus diesem Grund ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass der jenseits wenigstens einer der beiden Lagerstellen verlaufende kleinere Teil des Halteelements die Laseroptik trägt, insbesondere wobei der größere Teil des Halteelements eines oder mehrere der folgenden elektrischen Bauteile trägt, nämlich die Laserstrahlquelle, die Laserstrahlführung und/oder die dazugehörige Steuerungselektronik. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die für den Bearbeitungsvorgang konkret verantwortliche Laseroptik nur eine geringe Schwingungsneigung aufgrund ihrer Lagerung aufweist und deshalb besonders präzise führbar ist. Vorzugsweise ist aber auch eine endseitige weitere Lagerstelle vorgesehen, an der das Ende des kleineren Teils des Halteelements zusätzlich gelagert ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist realisiert, dass der Maschinenkörper zusätzlich ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse von dem Halteelement in axialer Erstreckungsrichtung durchdrungen wird und wobei das Gehäuse den Bereich des Halteelements bedeckt, auf dem die Laserstrahlquelle angeordnet ist. Vorzugsweise bedeckt das Gehäuse auch den Bereich des Halteelements, auf dem wenigstens eines der folgenden weiteren elektrischen Bauteile angeordnet ist, nämlich die Laserstrahlführung, die Laserstrahloptik, die dazugehörige Steuerungselektronik. Vorzugsweise sind die zuvor genannten wenigstens zwei Lagerstellen in Gehäusewandungen des Gehäuses eingelassen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Laserstrahloptik außerhalb des Gehäuses auf dem Halteelement angeordnet ist, also auf dem kleineren Teil des Halteelements. Speziell bei dieser Ausgestaltung wird bewirkt, dass die massereichen umlaufenden bzw. rotierenden Maschinenteile durch das Gehäuse geschützt sind und die Laserstrahloptik, die möglicherweise einer regelmäßigen Wartung und daher auch eines regelmäßigen Zugangs bedarf, in angemessener Weise zugänglich ist.

Im Einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. la, lb schematisch eine Vorrichtung zur Rohrbearbeitung mit einem käfigartigen Halteelement, Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Rohrbearbeitung mit einem als Hohlkörper ausgestalteten Halteelement mit im Wesentlichen geschlossener Wandung,

Fig. 3 schematisch eine Vorrichtung zur Rohrbearbeitung mit Maschinenbett,

Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zur Rohrbearbeitung mit Gehäuse und

Fig. 5 schematisch eine Detailansicht einer Vorrichtung zur Rohrbearbeitung mit einer elektrischen Übertragungseinrichtung zwischen Maschinenkörper und Halteelement der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist dargestellt eine Vorrichtung 1 zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks 2, das im vorliegenden Fall ein Metallrohr ist. Das Werkstück 2 wird durch einen umlaufenden Laserstrahl 3 bearbeitet. Die Vorrichtung 1 weist einen Maschinenkörper 4 auf mit einem gegenüber dem Maschinenkörper 4 drehbar gelagerten Halteelement 5. Das Halteelement 5 umschließt - zumindest mittelbar - eine Öffnung 6, insbesondere eine Öffnung 6 in dem Maschinenkörper 4, die beim Bearbeiten des Werkstücks 2 von dem zu bearbeitenden Werkstück 2 durchgriffen wird.

Das Halteelement 5 beschreibt bei seiner Drehbewegung eine das Werkstück 2 zumindest teilweise umschließende Hüllfläche 7 (Fig. lb). Eine Laserstrahlquelle 8 ist auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück 2 abgewandten Seite des Halteelements 5, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche 7, angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist die Öffnung 6 im Drehzentrum des Halteelements 5 vorgesehen. Aufgrund der Drehbewegung des Halteelements 5 umläuft die Laserquelle 8 bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 das Werkstück synchron mit dem Halteelement 5.

In Fig. la ist in Zusammenhang mit Fig. lb zu sehen, dass das Halteelement 5 lediglich durch zwei Längsstreben 13 a, 13b realisiert ist, die parallel zur Achse A des Werkstücks 2 verlaufen. Durch die Drehbewegung des Halteelements 5 ist es möglich, das Werkstück 2 über seinen gesamten Umfang zu bearbeiten. Es ist nun zusätzlich vorgesehen, dass die Laserstrahlquelle 8 auf der bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 dem Werkstück 2 abgewandten Seite des Halteelements 5, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllflä- che 7 angeordnet ist. Die Hüllfläche 7 kann eine rein gedachte Hüllfläche 7 sein, die ein nicht den gesamten Umfang körperlich umgebendes Halteelement 5 bei seiner Drehbewegung verursacht, es kann sich aber auch bei der Hüllfläche 7 um eine konstruktiv tatsächlich realisierte Fläche handeln, insofern das Halteelement 5 über eine seinen Umfang im Wesentlichen durchgehende Wandung verfügt.

In dem in Fig. 1 dargestellten Fall sind ebenfalls eine Laserstrahlführung 9 und eine Laserstrahloptik 10 und eine Steuerungselektronik 11 auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück 2 abgewandten Seite des Halteelements 5, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche 7, angeordnet. Die Steuerungselektronik 11 ist durch ein physikalisches Übertragungsmedium 12, vorliegend durch einen Lichtwellenleiter, mit der Laserstrahlquelle 8 verbunden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 1 ist das Halteelement 5 also auf sehr einfache Weise käfigartig ausgestaltet. Der Käfig umfasst im Wesentlichen zwei Längsstreben 13 a, 13b sowie einem umlaufenden Verbindungsring 14. In diesem Ausführungsbeispiel realisiert der Verbindungsring 14 materiell die gedachte Hüllfläche 7, die sich auch ergäbe, wenn nur die Längsstreben 13 a, 13b um die Achse A des Werkstücks 2 rotieren würden, wobei die Achse A des Werkstücks gleich der Drehachse des Halteelements 5 ist. Selbstverständlich sind auch feinere Strukturen denkbar, wesentlich ist jedoch, dass die Wandung des Halteelements 5 nicht durchgehend geschlossen ist.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrichtung 1 gezeigt. Auf den ersten Blick ähnelt die Vorrichtung 1 sehr der in Fig. la dargestellten Vorrichtung 1, jedoch weist die Vorrichtung gemäß Fig. 2 bedeutende Unterschiede auf. Ein erster Unterschied liegt darin, dass das Halteelement 5 nicht käfigartig aufgebaut ist, sondern einen Hohlkörper mit einer im Wesentlichen geschlossenen Wandung ist. Das Halteelement 5 in Fig. 2 weist ferner eine deutlich größere Öffnung 15 auf als das in Fig. la gezeigte Halteelement 5. Bei der Öffnung 15 in Fig. 2 handelt es sich um ein Langloch, durch das der Laserstrahl 3 an verschiedenen - in axialer Richtung verschobenen - Positionen durch die Wandung des Halteelements 5 hindurchtreten kann. Es ist deshalb zusätzlich und als weiterer Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. la vorgesehen, dass die Laserstrahloptik 10 in axialer Richtung auf dem Halteelement 5 verschiebbar angeordnet ist. Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 ein Stellmittel 16 auf, das zur axialen Ver- schiebung der Laserstrahloptik 10 auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück 2 abgewandten Seite des Halteelements 5 dient. Das Stellmittel 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in die Wandung des Halteelements 5 neben der Öffnung 15 eingelassen und wechselwirkt mit der Laserstrahloptik 10 beim axialen Verschieben. Eine Stellmittelansteuerung 17 ist ebenfalls vorgesehen und auch auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück 2 abgewandten Seite des Halteelements 5 angeordnet, also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche. Im vorliegenden Fall sind die Steuerungselektronik 11 und die Stellmittelansteuerung 17 hardwaremäßig auf einer gemeinsamen Rechnereinheit mit entsprechenden IO-Schnittstellen realisiert.

Fig. 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung 1, bei der der Maschinenkörper 4 auf einem Maschinenbett 18 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Ferner ist in Fig. 3 zu sehen, dass die Vorrichtung 1 in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess des als Rohr vorliegenden Werkstücks 2 verwendet wird. Das Werkstück 2 wird von rechts nach links über eine Werkstückaufnahme 19 zugeführt und die Bearbeitung des Rohres 2 durch die Vorrichtung 1 besteht hier in dem Ablängen des Rohres auf Rohrstücke mit einer vorgegebenen Länge. Die Zufuhrung des Werkstücks 2 erfolgt kontinuierlich. Beim Trennvorgang wird der Maschinenkörper 4 auf dem Maschinenbett 18 in axialer Richtung verfahren, sodass der Maschinenkörper 4 der Zuführbewegung des Werkstücks 2 folgt und so eine Inline-Trennung realisiert werden kann.

In allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Halteelement von dem Maschinenkörper an wenigstens zwei Lagerstellen 20 drehbar gelagert, wobei das Verständnis hier ist, dass sich eine Lagerstelle von einer weiteren Lagerstelle dann unterscheidet, wenn sie über die axiale Er- streckung der Vorrichtung 1 an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind.

In Fig. 3 ist erkennbar, dass die zwei Lagerstellen 20a, 20b des Halteelements 5 sehr massiv ausgeführt sind und dass zwischen den beiden Lagerstellen 20a, 20b der größte Teil des Halteelements 5 verläuft. Jenseits der Lagerstelle 20b verläuft ein kleinerer Teil des Halteelements 5. Endseitig wird der kleinere Teil des Halteelements 5 an einer weiteren Lagerstelle 20c gelagert. Hier werden auch die abgetrennten Rohrelemente entnommen, was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Der größere Teil des Halteelements 5, der zwischen den Lagerstellen 20a, 20b liegt, trägt die Laserstrahlquelle 8, den größten Teil der Laserstrahlführung 9 und die dazugehörige Steuerungselektronik 11. Der kleinere Teil des Halteelements 5, der sich zwischen den beiden Lagerstellen 20b, 20c erstreckt, trägt die Laserstrahloptik 10. Durch diesen Aufbau ist zum Einen die Schwingneigung am Ort der Bearbeitung des Werkstücks 2 geringer als beispielsweise die Schwingneigung des massereicheren größeren Teils des Halteelements 5 zwischen den weiter voneinander entfernt platzierten Lagerstellen 20a, 20b. Zum Anderen ist es durch die örtliche Trennung der Laserstrahloptik 10 von dem Rest der Vorrichtung möglich, örtlich getrennte Maßnahmen zu treffen, die beispielsweise den Maschinen- und Arbeitsschutz betreffen.

Bei einer Ausgestaltung, die in Fig. 4 angedeutet ist, weist der Maschinenkörper 4 zusätzlich ein Gehäuse 21 auf, wobei das Gehäuse 21 von dem Halteelement 5 in axialer Erstreckungsrichtung durchdrungen wird und wobei das Gehäuse 21 den Bereich des Halteelements 5 bedeckt, auf dem die Laserstrahlquelle 8 und der größte Teil der Laserstrahlführung 9 sowie die dazugehörige Steuerungselektronik 11 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel bleibt der kleinere Teil der Haltevorrichtung 5, der die Laserstrahloptik 10 trägt (und einen kleinen Teil der Laserstrahlführung 9) frei zugänglich, wodurch die Laserstrahloptik 10 bei einer bedarfsweisen Reinigung, die möglicherweise in kürzeren Abständen erforderlich ist, leichter durchführbar ist. Bei einer anderen Ausgestaltung, die hier im Einzelnen nicht dargestellt ist, wird der kleinere Teil des Halteelements 5, der die Laserstrahloptik 10 trägt, durch ein separates Gehäuse abgedeckt, sodass bei einem erforderlichen Zugang zur Laserstrahloptik 10 nur ein kleiner Gehäuseteil bewegt werden muss und nicht das gesamte Halteelement 5 freigelegt werden muss.

In Fig. 5 ist schematisch dargestellt, dass zwischen dem Maschinenkörper 4 und dem Halteelement 5 eine elektrische Übertragungsvorrichtung 22 angeordnet ist, mit der elektrische Energie zum Betrieb der auf dem Halteelement 5 angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen wird, vorliegend also zum Betrieb der Laserstrahlquelle 8 und der Laserstrahlführung 9 (soweit überhaupt erforderlich) und der dazugehörigen Steuerungselektronik 11. Die elektrische Übertragungsvorrichtung 22 ist hier auf der Grundlage von Gleitkontakten realisiert. Zur Übertragung von Steuerungsdaten ist auf dem Halteelement 5 eine Funk- Datenschnittstelle 23 angeordnet, über die Steuerungsdaten zum Betrieb der auf dem Halteelement 5 angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen werden.

Bezugszeichen

1 Vorrichtung zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks

2 Werkstück

3 Laserstrahl

4 Maschinenkörper

5 Halteelement

6 Öffnung

7 Hüllfläche

8 Laserstrahlquelle

9 Laserstrahlführung

10 Laserstrahloptik

11 Steuerungselektronik

12 physikalisches Übertragungsmedium

13 Längsstrebe

14 Verbindungsring

15 Öffnung

16 Stellmittel

17 Stellmittelansteuerung

18 Maschinenbett

19 Werkstückaufnahme

20 Lagerstellen

21 Gehäuse

22 elektrische Übertragungsvorrichtung

23 Funk-Datenschnittstelle

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks (2) wie Rohre oder andere Metall-Halbzeuge mittels eines um das Werkstück (2) umlaufenden Laserstrahls (3), mit einem Maschinenkörper (4), mit einem gegenüber dem Maschinenkörper (4) drehbar gelagerten Halteelement (5), mit einer vom Halteelement (5) umschlossenen Öffnung (6), die beim Bearbeiten des Werkstücks (2) von dem zu bearbeitenden Werkstück (2) durchgriffen ist, wobei das Halteelement (5) bei seiner Drehbewegung eine das Werkstück (2) zumindest teilweise umschließende Hüllfläche (7) beschreibt, mit einer Laserstrahlquelle (8) zur Erzeugung des Laserstrahls (3), wobei die Laserstrahlquelle (8) von dem Halteelement (5) gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Laserstrahlquelle (8) auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück (2) abgewandten Seite des Halteelements (5), also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche (7), angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserstrahlführung (9) und/oder eine Laserstrahloptik (10) und/oder eine Steuerungselektronik (11) auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück (2) abgewandten Seite des Halteelements (5), also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche (7), angeordnet ist, insbesondere wobei die Steuerungselektronik (11) durch ein physikalisches Übertragungsmedium (12) mit der Laserstrahlquelle (8) und/oder der Laserstrahlführung (9) und/oder der Laserstrahloptik (10) verbunden ist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5) ein Hohlkörper mit einer im Wesentlichen geschlossenen Wandung ist, die eine Öffnung (15) zum Durchtritt des Laserstrahls (3) aufweisen kann.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5) käfigartig ausgestaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahloptik (10) in axialer Richtung auf dem Halteelement (5) verschiebbar angeordnet ist, insbesondere wobei ein Stellmittel (16) zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik (10) auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück (2) abgewandten Seite des Halteelements (5), also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche (7), angeordnet ist, insbesondere wobei eine Stellmittelansteuerung (17) auf der bei der Bearbeitung dem Werkstück (5) abgewandten Seite des Halteelements (2), also an der Außenseite der beschriebenen Hüllfläche (7), angeordnet ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper (4) auf einem Maschinenbett (18) in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Maschinenkörper (4) und dem Halteelement (5) eine elektrische Übertragungsvorrichtung (22) angeordnet ist, mit der zumindest elektrische Energie zum Betrieb der auf dem Halteelement (5) angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen wird, also insbesondere zum Betrieb der Laserstrahlquelle (8), der Laserslrahlführung (9), der Laserstrahloptik (10), der dazu gehörigen Steuerungselektronik (11), des Stellmittels (16) zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik (10) und der Stellmittelansteuerung (17), insbesondere wobei die elektrische Übertragungsvorrichtung (22) auf Grundlage von Gleitkontakten oder induktiven Übertragern beruht.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funk-Datenschnittstelle (23) an dem Halteelement (5) angeordnet ist, insbesondere wobei Steuerungsdaten zum Betrieb der auf dem Halteelement (5) angeordneten elektrischen Verbraucher übertragen werden, also insbesondere zum Betrieb der Laserstrahlquelle (8), der Laserstrahlführung (9), der Laserstrahloptik (10), der dazu gehörigen Steuerungselektronik (11), des Stellmittels zur axialen Verschiebung der Laserstrahloptik (10) und der Stellmittelansteuerung (17).

9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper (4) ein Gehäuse (21) aufweist, wobei das Gehäuse (21) von dem Halteelement (5) in axialer Erstreckungsrichtung durchdrungen wird und wobei das Gehäuse (21) den Bereich des Halteelements bedeckt, auf dem die Laserstrahlquelle (8) angeordnet ist, vorzugsweise bedeckt das Gehäuse (21) auch den Bereich des Halteelements (5), auf dem wenigstens eines der folgenden weiteren elektrischen Bauteile angeord- net ist: die Laserstrahlführung (9), die Laserstrahloptik (10), die dazu gehörige Steuerungselektronik (11).

10. Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahloptik (10) außerhalb des Gehäuses (21) auf dem Halteelement (5) angeordnet ist.

11. Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5) von dem Maschinenkörper (4) an wenigstens zwei Lagerstellen (20, 20a, 20b, 20c) drehbar gelagert ist, insbesondere wobei zwischen den beiden Lagerstellen (20, 20a, 20b, 20c) der größte Teil des Halteelements (5) verläuft und jenseits wenigstens einer der beiden Lagerstellen (20, 20a, 20b, 20c) ein kleinerer Teil des Halteelements (5) verläuft.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der jenseits wenigstens einer der beiden Lagerstellen (20, 20a, 20b, 20c) verlaufende kleinere Teil des Halteelements (5) die Laseroptik (10) trägt, insbesondere wobei der größere Teil des Halteelements (5) eins oder mehrere der folgenden elektrischen Bauteile trägt: die Laserstrahlquelle (8), die Laserstrahlführung (9), die dazu gehörige Steuerungselektronik (11).

13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 insoweit auf Anspruch 9 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Halteelement (5) in axialer Erstreckungsrichtung durchdrungenen Wände des Gehäuses (21) Lagerstellen (20) bilden.