DE102009038650B4

DE102009038650B4 - Absaugvorrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE102009038650B4
Application number: DE102009038650A
Authority: DE
Inventors: Robert Güttler
Original assignee: EUROLASER GmbH
Current assignee: EUROLASER GmbH
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: DE102009038650A1

Abstract

Absaugvorrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen zur Absaugung von Emissionen während der Laserbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine zweigeteilte Saugglocke (2) verwendet wird, die aus einer Oberschale (6) und einer Unterschale (11) besteht, deren gemeinsame Teilungsfuge durch einen Absaugkanal (21) verläuft, b) die Teilungsfuge zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (11) aus einer vertikalen Bestimmfläche (18), einer schrägen Bestimmfläche (19) und einer horizontalen Bestimmfläche (17) besteht, c) die Unterschale (11) einen horizontalen, kreisringförmigen Absaugeintritt (11b) konzentrisch um eine Düse (8) eines Optikkopfes (1) enthält, d) die Oberschale (6) mit einem Düsenstock (7), einem Optikhalter (5) und dem Optikkopf (1) fest verbunden ist, e) ein Absaugschlauch (4) in der oberen vertikalen Bestimmfläche (18) zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (11) aufgenommen wird, f) der Absaugkanal (21) vom horizontalen kreisringförmigen Absaugeintritt (11b) bis zum Anschluss des Absaugschlauches (4) einen annähernd konstanten Strömungsquerschnitt aufweist, g) die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Absaugvorrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen zur Absaugung von Emissionen während der Laserbearbeitung.
Der Laser bietet aufgrund seiner Eigenschaften bei unterschiedlichen Applikationen Vorteile gegenüber konventionellen Bearbeitungsverfahren. Mit ihm lässt sich z. B. Material schneiden, gravieren, abtragen und schweißen. Im Wirkort der Laserstrahlung mit dem zu bearbeitenden Material entstehen Emissionen, welche zum Schutz von Mensch, Maschine, Produkt und Umwelt vom Wirkort entfernt werden müssen. Je nach Applikation erfordern Laserbearbeitungssysteme eine effektive Absaugung der Emissionen oberhalb des Werkstücks. Besonders bei abtragenden Verfahren, wie z. B. dem Laser-Gravieren, kann das verdampfende Schneidmaterial nur oberhalb des Werkstücks abgesaugt werden. Aber auch bei allen übrigen Laserbearbeitungsverfahren müssen die Emissionen vom Werkstück und vom Bediener ferngehalten werden. Bauteile wie Düse, Düsenstock, Absaugeintritt und Absaugkanal bedürfen einer regelmäßigen Reinigung, weil durch Absetzen von Verschmutzungen der freie Strahlengang nicht mehr gewährleistet ist, die Werkstückoberfläche unbrauchbar wird und eine Gefährdung des Bedieners durch Verstopfen der Absaugung auftritt. Nach bisheriger Praxis ist ein mehrfaches tägliches Reinigen mit Demontage und Montage von Absaugeinrichtung, Düsenstock mit Optikhalter und Optikkopf einschließlich Lösen von Systemverbindungen notwendig. Für diese Wartungsarbeiten muss die Fertigungsmaschine vollständig herunterfahren werden. Je effektiver die Absaugung der Emissionen oberhalb des Werkstücks arbeitet, umso weniger Ablagerungen entstehen aber und umso geringer werden die Stillstandszeiten für Wartungsarbeiten.
Es sind Vorrichtungen bekannt, die eine Absaugung von Emissionen oberhalb des Werkstücks bei Laserprozessen enthalten. Es handelt sich um die Druckschriften DE 1947 664 A , JP 10 225 778A , JP 2003 326 384 A und DE 10 2006 040 784 A1 . Diese Vorrichtungen berücksichtigen jedoch nicht, dass besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich sind, um den Absaugkanal und den Absaugschlauchanschluss vor Kondensatniederschlag mit starker Anhaftung von Schneidstaub zu schützen und dass die Innenflächen des Absaugkanals und des Schlauchanschlusses zur Reinigung schnell zugänglich sein müssen, um lange Stillstandszeiten des Lasers zu vermeiden. Dies ist aber wesentlich zur Steigerung der Effektivität des Verfahrens, insbesondere beim Schneiden von organischen und mineralischen Werkstoffen. Wenn bei den Wartungsarbeiten keine Systemverbindungen getrennt und wieder angeschlossen würden, könnte die Maschine nur auf „Standby” geschaltet werden, wodurch eine weitere Verkürzung der Stillstandszeiten möglich wäre. Die bisher notwendigen Wartungsarbeiten, begleitet von langen Stillstandszeiten der Maschine, sind sowohl hinsichtlich Grad der Verschmutzung, als auch Demontage und Montageaufwand zu reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine wesentliche Verbesserung der oberen Absaugvorrichtung sowohl den Grad der Verschmutzung zu reduzieren, die Maschinenlaufzeit bis zur Verschmutzung erheblich zu verlängern und die Dauer und Anzahl der Wartungsintervalle, als auch die Stillstandszeit pro Wartung erheblich zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mit den Merkmalen des des Patentanspruchs 1 gekennzeichnete Vorrichtung.
Um die Absaugleistung in Abhängigkeit von der betreffenden Applikation dosieren zu können, enthält in einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 die schräge Fläche der unteren Schale der Saugglocke einen Durchbruch als Bypass zum Absaugkanal mit verstellbarem Bypass-Schieber.
Die Vorteile der neuen Absaugvorrichtung bestehen darin, dass

– die Stillstandszeit der Laserschneidmaschine dadurch verkürzt wird, dass statt dreimal täglicher Reinigung der Absaugvorrichtung diese Wartungsarbeit nur noch einmal wöchentlich notwendig ist und der Reinigungsvorgang selbst wesentlich schneller geht,
– die Stillstandszeit dadurch verkürzt wird, dass keine Systemverbindungen zum Reinigen getrennt werden müssen und die Maschine nicht heruntergefahren werden muss,
– nur die Unterschale der Saugglocke zur Reinigung abgenommen werden muss, während die Oberschale mit Absaugschlauch am Düsenstock mit Optikhalter und Optikkopf montiert bleibt,
– die Demontage der Unterschale nur das Herausdrehen einer einzigen Arretierschraube erfordert,
– die Montage nur einen Handgriff erfordert mit anschließendem Hineindrehen der Arretierschraube, bedingt durch Zylinderstift mit Bohrung, Positionierzapfen mit Nut und je zwei Haftmagnetpaare in den Bestimmflächen,
– das Verkleben der Oberfläche des Absaugkanals mit Emissionen (z. B. Rauche, Gase) dadurch unterbleibt, dass die annähernd konstant verlaufende Querschnittsfläche des Absaugkanals Geschwindigkeitserhöhungen mit Druck- und Temperaturabfall im Strömungsquerschnitt vermeidet, wodurch ein Kondensatniederschlag der Dämpfe und Rauchgase an der Oberfläche des Absaugkanals ausbleibt,
– die Oberfläche der Oberschale der Saugglocke sowie Düsenstock und Düse leicht zu reinigen sind, weil sie glatte Flächen ohne Vertiefungen aufweisen,
– eine sehr effektive Erfassung der Emissionen mit hoher Absaugleistung dadurch erfolgt, dass die Absaugöffnung der Unterschale der Saugglocke um die Düse herum konzentrisch, kreisförmig und horizontal angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
1 eine Gesamtdarstellung der neuen Saugglocke mit Optikkopf und Werkstück,
2 eine Gesamtdarstellung schräg von unten mit Blick gegen Strahlschutzscheibe und Düse, ohne Optikkopf,
3 die Unterschale der Saugglocke mit Blick auf Saugkanal, Teilungsfuge und Bestimmflächen,
4 die Oberschale der Saugglocke mit Blick auf horizontale, schräge und vertikale Bestimmfläche mit montiertem Düsenstock und Optikhalter,
5 eine seitliche Darstellung von 2 mit Bypass-Schieber und einem Magnetpaar,
6 eine vordere Darstellung von 2 mit Bypass-Schieber.
Bezugszeichenliste

1: Optikkopf
2: Saugglocke
3: Werkstück
4: Absaugschlauch
5: Optikhalter
6: Oberschale
7: Düsenstock
8: Düse
9: Laserstrahl
10: Strahlschutzscheibe
11: Unterschale
11a: horizontale Unterseite
11b: kreisförmiger Absaugeintritt
12: Arretierschraube
12a: Durchgangsbohrung
12b: Gewindebohrung
13: Haftmagnet
14: Zylinderstift
14a: Passbohrung
15: Positionierzapfen
16: Bypass-Schieber
16a: Schiebergriff
16b: Schieberführung
17: horizontale Bestimmfläche
18: vertikale Bestimmfläche
19: schräge Bestimmfläche
20: zylindrische Bohrungshälften
21: Absaugkanal
22: Nut
23: Durchbruch
24: schräge Fläche

Anhand der 1 bis 6 werden nun Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Saugglocke 2 bildet im montierten Zustand eine Einheit mit dem Optikkopf 1, dem Düsenstock 7, der Düse 8 und der Strahlschutzscheibe 10 (1, 2, 5, 6). Die Saugglocke 2 besteht aus Oberschale 6 und Unterschale 11 (1, 2, 3, 4, 5).
Die Oberschale 6 der Saugglocke 2 bildet mit dem Düsenstock 7 eine fest verbundene Einheit (2, 4). Die Unterschale 11 der Saugglocke 2 ist von der Oberschale 6 abnehmbar (3, 4). Ihre horizontale Unterseite 11a ist mit einer Strahlschutzscheibe 10 verschraubt und enthält konzentrisch zur Düse 8 angeordnet eine kreisförmige Absaugöffnung 11b zum Absaugen der oberen Emissionen (1, 2). Die Teilungsfuge zwischen der Unterschale 11 und der Oberschale 6 besteht aus einer horizontalen Bestimmfläche 17, einer vertikalen Bestimmfläche 18 und einer schrägen Bestimmfläche 19 (1, 2, 3, 4, 5).
Die vertikale Bestimmfläche 18 der Teilungsfuge verläuft Mitte Absaugschlauch 4 und klemmt diesen mittels zweier zylindrischer Bohrungshälften 20 zwischen Oberschale 6 und Unterschale 11 (3, 4). Der Absaugkanal 21 verläuft von der kreisförmigen Absaugöffnung 11b zu den zwei zylindrischen Bohrungshälften 20 unterhalb der horizontalen Bestimmfläche 17 und der schrägen Bestimmfläche 19 in Form eines verrundeten Rechteckquerschnitts in der Unterschale (3). Hingegen decken die horizontale Bestimmfläche 17 und die schräge Bestimmfläche 19 der Oberschale 6 den Absaugkanal mit glatter und ebener Oberfläche ohne Vertiefungen ab (4). Auch der vertikal aus der Oberschale 6 nach unten herausragende Düsenstock 7 mit Düse 8 bildet eine glatte Oberfläche ohne Vertiefungen, so dass eine leichte Reinigung der Absaugoberfläche der Bauteile oberhalb der Teilungsfuge bei entfernter Unterschale 11 gewährleistet ist (4).
Der Absaugkanal 21 in der Unterschale 11 der Saugglocke 2 weist von der kreisförmigen Absaugbohrung 11b über seinen vertikalen und schrägen Teil bis zur Klemmung des Absaugschlauches in den vertikal verlaufenden zylindrischen Bohrungshälften 20 einen konstanten Strömungsquerschnitt auf (3). Dadurch wird ein thermodynamisch konstanter Strömungsvorgang ohne Kondensatniederschlag an der Oberfläche des Absaugkanals gewährleistet.
Zwischen die vertikale Bestimmfläche 18 von Oberschale 6 und Unterschale 11 sind flächenbündig und zentrisch zugeordnet 2 Paar Haftmagnete 13 eingeklebt, desgleichen zwischen die horizontale Bestimmfläche 17 von Oberschale 6 und Unterschale 11 (3, 4, 5). Zur Zentrierung und Arretierung enthält die eine Flächenhälfte der vertikalen Bestimmfläche 18 einen Zylinderstift 14 in der Oberschale mit zentrisch zugeordneter Passbohrung 14a in der Unterschale (3, 4). Zur Fixierung ist die andere Fläche der vertikalen Bestimmfläche 18 in der Oberschale mit einer Gewindebohrung 12b versehen und in der Unterschale 11 mit einer Durchgangsbohrung (12a) für eine Arretierschraube 12 (3, 4).
Die horizontale Bestimmfläche 17 enthält zur genauen Zentrierung bei Montage und Demontage eine Zuordnung von Positionierzapfen 15 und Nut 22 am Ende der Fläche (2, 3, 4).
Um für die periodische Reinigung der Absaugvorrichtung die Unterschale 11 von der Oberschale 6 der Saugglocke 2 zu demontieren, muss nur die Arretierschraube 12 herausgedreht werden (1, 3, 5, 6). Danach kann die Unterschale 11 nicht herunterfallen, sondern wird weiterhin durch die 4 paarweise zugeordneten Haftmagnete 13 in ihrer Position gehalten und kann nun leicht von Hand abgezogen werden (3, 4, 5).
Die anschließende Montage der Unterschale 11 mit der Oberschale 6 erfolgt durch Vorzentrieren und Festhalten durch die paarweise zugeordneten Haftmagnete 13 und eine genaue Zentrierung durch Zylinderstift 14 in Passbohrung 14a sowie Positionierzapfen 15 in Nut 22 (3, 4). Für abschließendes Hineindrehen der Arretierschraube 12 ist kein Festhalten der Unterschale 11 erforderlich.
Die untere schräge Fläche (24) der Unterschale (11) enthält einen Durchbruch (23) zum Absaugkanal (21) (3). Von außen ist der Durchbruch (23) mit einem verstellbaren Bypass-Schieber (16) mit Schiebergriff (16a) und zwei seitlichen Schieberführungen (16b) versehen (1, 5, 6). Mit dem Bypass-Schieber (16) kann von Hand die Absaugleistung des kreisförmigen Absaugeintritts (11b) den Anforderungen der Applikaiton angepasst werden.

Claims

Absaugvorrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen zur Absaugung von Emissionen während der Laserbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine zweigeteilte Saugglocke (2) verwendet wird, die aus einer Oberschale (6) und einer Unterschale (11) besteht, deren gemeinsame Teilungsfuge durch einen Absaugkanal (21) verläuft, b) die Teilungsfuge zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (11) aus einer vertikalen Bestimmfläche (18), einer schrägen Bestimmfläche (19) und einer horizontalen Bestimmfläche (17) besteht, c) die Unterschale (11) einen horizontalen, kreisringförmigen Absaugeintritt (11b) konzentrisch um eine Düse (8) eines Optikkopfes (1) enthält, d) die Oberschale (6) mit einem Düsenstock (7), einem Optikhalter (5) und dem Optikkopf (1) fest verbunden ist, e) ein Absaugschlauch (4) in der oberen vertikalen Bestimmfläche (18) zwischen der Oberschale (6) und der Unterschale (11) aufgenommen wird, f) der Absaugkanal (21) vom horizontalen kreisringförmigen Absaugeintritt (11b) bis zum Anschluss des Absaugschlauches (4) einen annähernd konstanten Strömungsquerschnitt aufweist, g) die schräge Bestimmfläche (19) und die horizontale Bestimmfläche (17) glatt sind und keine Vertiefungen aufweisen und der Düsenstock (7) mit der Düse (8) eine glatte, erhabene Fläche ohne Vertiefungen aufweist, und h) mittels zweier paarweise zentrisch zugeordneter Haftmagnete (13), eines einseitigen Zylinderstiftes (14) mit einer Passbohrung (14a) und einer einseitigen Verschraubung in Form einer Arretierschraube (12) die vertikalen Bestimmflächen (18) und ebenfalls mittels zweier weiterer paarweise und zentrisch zugeordneter Haftmagnete (13), eines Positionierzapfens (15) und einer Nut (22) die horizontalen Bestimmflächen (17) fixiert werden.
Absaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (11) der Saugglocke (2) eine untere schräge Fläche (24) aufweist, die mit einem Durchbruch (23) nach außen versehen ist, der mit einem verstellbaren Bypass-Schieber (16) zum Absaugkanal (21) hin je nach Öffnungsgrad die angesaugte Luftmenge in dem kreisförmigen Absaugeintritt (11b) der Unterschale (11) der Saugglocke (2) mindern oder steigern kann.