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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserstrahls mit einem am Laserbearbeitungskopf befestigten, werkstückseitig offenen Abschirmgehäuse zur Abschirmung des aus dem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, wobei das Abschirmgehäuse relativ zum Laserbearbeitungskopf in Richtung des Werkstücks, insbesondere parallel des aus dem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, vorsteht und durch wenigstens ein erstes Abschirmelement gebildet ist, wobei das wenigstens eine erste Abschirmelement einen Bearbeitungsraum begrenzt.
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Um bei der Laserbearbeitung den Arbeitsbereich lasersicher abzuschirmen, werden Schutzkabinen bzw. Schutzumhausungen eingesetzt, die den gesamten Arbeitsbereich der Laserbearbeitungsmaschine, also auch das komplette Bauteil, umschließen. Insbesondere bei Arbeiten an sehr großen Bauteilen, wie sie z.B. beim Schiffbau oder Stahlbau vorkommen, ist die Abschirmung des kompletten Bauteils nicht wirtschaftlich; andererseits ist es aber auch aus Gründen des Laserschutzes nicht zulässig, Laserschweißungen ohne Abschirmung vorzunehmen, wenn sich Menschen in der Umgebung des Laserstrahls befinden.
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Aus der
DE 10 2011 050 832 A1 ist zur Laserbearbeitung von Werkstücken eine Schweißzange mit einem werkstückseitig offenen Abschirmgehäuse zur Abschirmung des austretenden Laserstrahls bekannt. Das Abschirmgehäuse ist durch mehrere Andruckelemente gebildet, die voneinander unabhängig jeweils relativ zum Laserbearbeitungskopf in Richtung des austretenden Laserstrahls federbeweglich gelagert sind.
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Ein gattungsgemäßer Laserbearbeitungskopf ist beispielsweise aus der
DE 20 2009 013 899 U1 bekannt geworden. Der aus dem Laserbearbeitungskopf austretende Laserstrahl wird an einem Werkstück gegen die Umgebung mittels einer Mehrzahl an kreisförmig angeordneten Bürsten abgeschirmt, deren elastisch verformbare Borsten am Werkstück lichtdicht anliegen. Zur zusätzlichen Abschirmung von gegebenenfalls zwischen den Bürsten entstehenden Lücken kann der Laserbearbeitungskopf ferner an einer abliegenden Außenseite der Borsten eine durchgehende, geschlossene Abdeckung bzw. ein einteiliges Abdeckgehäuse aufweisen.
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Aus der
DE 296 20 304 U1 ist weiterhin ein Laserbearbeitungskopf bekannt, an dem eine Abschirmeinheit in Form einer ringförmigen Schutzbürste aufweist. Die Schutzbürste ist konzentrisch zum Laserstrahl angeordnet und besitzt eine Basis, an der als Abschirmelemente elastische Borsten angebracht sind. Diese Borsten erstrecken sich längs des Laserstrahls und schirmen den Laserstrahl und die Bearbeitungsstelle radial nach außen gegen die Umgebung ab. Die Schutzbürste ist am Bearbeitungskopf federnd aufgehängt, um der Oberflächenkontur eines Werkstücks zu folgen.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2010 005 043 A1 eine Schweißeinrichtung mit einer Abschirmeinrichtung bekannt, die als eine den Laserstrahl umgebende einteilige Gehäusewand ausgebildet ist. Die Schweißeinrichtung weist eine Absaugvorrichtung auf, die mit der Abschirmeinrichtung kommunizierend verbunden ist und die während des Schweißvorgangs den Bereich der Schweißstelle absaugt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserbearbeitungskopf der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass während der Laserbearbeitung eine Überwachung einer Abschirmung des Laserbearbeitungskopfes ermöglicht ist und eine Gefährdung einer äußeren Umgebung des Laserbearbeitungskopfes, insbesondere durch Austreten von Laserstrahlung, verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, mit einem am Laserbearbeitungskopf befestigten, werkstückseitig offenen Abschirmgehäuse zur Abschirmung des aus dem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, wobei das Abschirmgehäuse relativ zum Laserbearbeitungskopf in Richtung des Werkstücks, insbesondere parallel des aus dem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, vorsteht und durch wenigstens ein inneres Abschirmelement gebildet ist, wobei das wenigstens eine innere Abschirmelement einen Bearbeitungsraum begrenzt, wobei an einem werkstückseitig relativ zum Bearbeitungsraum äußeren Umfangsabschnitt des Abschirmgehäuses wenigstens ein äußeres Abschirmelement angeordnet ist, insbesondere absteht, wobei zwischen dem wenigstens einen inneren Abschirmelement und dem wenigstens einen weiteren Abschirmelement ein werkstückseitig offener Hohlraum definiert ist, und in dem Hohlraum wenigstens ein Sensor angeordnet ist.
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Der Bearbeitungsraum kann von einer Mehrzahl an inneren Abschirmelementen begrenzt sein. Die Mehrzahl an inneren Abschirmelementen können in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Die Mehrzahl an inneren Abschirmelementen können in Form von Kreissegmenten ausgestaltet sein. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass Endabschnitte des wenigstens einen inneren Abschirmelements oder zweier benachbarter innerer Abschirmelemente einander überlappend angeordnet sind.
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An dem wenigstens einen inneren Abschirmelement und/oder dem wenigstens einen äußeren Abschirmelement können werkstückseitig elastische Dichtungselemente vorstehen. Die Dichtungselement dichten die Abschirmelemente bevorzugt vollständig gegen ein Durchdringen von Licht, insbesondere von Laserstrahlung, nach außen hin ab. Die Dichtungselemente können ferner den Bearbeitungsraum und/oder den Hohlraum druckdicht abschließen.
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Das eine innere oder die inneren Abschirmelemente können, wenn der Laserbearbeitungskopf mit seinem Abschirmgehäuse auf ein zu bearbeitendes Werkstück aufgesetzt ist, einzeln durch das Werkstück gegen eine Rückstellfederkraft in Richtung auf den Laserbearbeitungskopf verschoben sein und liegen mit entsprechendem Federdruck am Werkstück an. Beim Verfahren des Laserbearbeitungskopfes schleifen die Abschirmelemente dann federnd über die Oberfläche des Werkstücks, ohne dabei vom Werkstück abzuheben. Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf ist besonders für den Einsatz bei vergleichsweise großen Bauteilen mit langen, vorzugsweise geradlinigen I-Nähten (wie sie beispielsweise häufig im Schiffbau vorkommen) geeignet.
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Die Abschirmelemente können auf jegliche bekannte Art und Weise jeweils gegen die Wirkung einer Rückstellfederkraft verschiebbar geführt sein. Konstruktiv besonders einfach sind die Abschirmelemente über Parallelogrammlager, z.B. in Form zweier paralleler Federbleche, an einem Gehäuseträger beweglich befestigt.
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Vorzugsweise stehen an den Abschirmelementen werkstückseitig elastische Dichtungselemente einige wenige Millimeter über den Blechrand über und stellen somit die eigentliche Anlage der Abschirmelemente am Werkstück dar. Diese Dichtungselemente sind zur lichtdichten Abdichtung der Abschirmelemente gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück vorgesehen und können z.B. als lichtdichte Bürsten oder Schutzlappen aus laserresistentem und laserabsorbierendem Material ausgebildet sein.
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Die Abschirmung verhindert, dass Laserstrahlung aus dem Inneren des Abschirmgehäuses nach außen austritt. Die Abschirmung ist hierzu bevorzugt aus einem laserresistenten und laserabsorbierenden Material gebildet oder auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite mit einem solchen Material beschichtet.
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Der Laserbearbeitungskopf kann im Bearbeitungsraum wenigstens ein Leuchtmittel, insbesondere in Form einer oder mehrerer LEDs, aufweisen. Das wenigstens eine Leuchtmittel kann Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum ausstrahlen.
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In dem Hohlraum können eine Mehrzahl an Sensoren in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet sein.
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Der Sensor kann zur Erfassung eines vorherrschenden Umgebungsdrucks eingerichtet sein, welcher insbesondere in dem Hohlraum und/oder dem Bearbeitungsraum vorherrscht. Der Laserstrahl kann automatisch abschaltbar sein, wenn der Sensor eine plötzliche Druckänderung in dem Hohlraum und/oder in dem Bearbeitungsraum erfasst.
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Der Sensor kann zur Erfassung von Streustrahlung eingerichtet sein, welche, insbesondere unter der werkstückseitigen Kante des Abschirmelements, aus dem Bearbeitungsraum in den Hohlraum übertritt. Der Laserstrahl kann automatisch abschaltbar sein, wenn der Sensor ein Vorhandensein von Laserstrahlung in dem Hohlraum, insbesondere bei einem Überschreiten eines Schwellwerts, erfasst.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels; und
- 4 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels.
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Der in 1 bis 5 gezeigte Laserbearbeitungskopf 1 dient zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines fokussierten Laserstrahls 4, der aus dem Laserbearbeitungskopf 1 über eine Bearbeitungsoptik 2 austritt.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopf 1 zur Bearbeitung von Werkstücken 6 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Hierbei wird das Werkstücken 6 mittels eines Laserstrahls 4 bearbeitet. Der Laserbearbeitungskopf 1 weist ein am Laserbearbeitungskopf 1 befestigtes, werkstückseitig offenes Abschirmgehäuse 10 zur Abschirmung des aus dem Laserbearbeitungskopf 1 austretenden Laserstrahls 4 auf. Das Abschirmgehäuse 10 steht relativ zum Laserbearbeitungskopf 1 in Richtung des Werkstücks 6 vor und ist durch wenigstens ein inneres Abschirmelement 12 gebildet. Das Abschirmgehäuse 10 ist hierbei im Wesentlichen koaxial bzw. parallel zum aus dem Laserbearbeitungskopf 1 austretenden Laserstrahls 4 angeordnet. Das wenigstens eine innere Abschirmelement 12 begrenzt einen Bearbeitungsraum 8.
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Gemäß des in den 1, 2 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiels steht an einem werkstückseitig relativ zum Bearbeitungsraum 8 äußeren Umfangsabschnitt des Abschirmgehäuses 10 wenigstens ein äußeres Abschirmelement 14 ab, wobei zwischen dem wenigstens einen inneren Abschirmelement 12 und dem wenigstens einen weiteren Abschirmelement 14 ein werkstückseitig offener Hohlraum 18 definiert ist. In dem Hohlraum 18 ist ein Sensor 20 angeordnet.
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Gemäß des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels ist mittels eines äußeren Abschirmelements 14 eine doppelwandige Umhausung bereitgestellt, wobei das äußere Abschirmelement 14 den äußeren Umfangsabschnitt des Abschirmgehäuses 10 unter Bildung eines werkstückseitig offenen Hohlraums 18 umschließt. In dem Hohlraum 18 ist ein Sensor 20 angeordnet.
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Der Bearbeitungsraum 8 ist bevorzugt von einer Mehrzahl an inneren Abschirmelementen 12 begrenzt, wobei die Mehrzahl an inneren Abschirmelementen 12 in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind die Mehrzahl an inneren Abschirmelementen 12 bevorzugt in Form von Kreissegmenten ausgestaltet. Hierbei sind jeweils ein Endabschnitt zweier benachbarter innerer Abschirmelemente 12 einander überlappend angeordnet.
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Gemäß den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen kann an dem wenigstens einen inneren Abschirmelement 12 und/oder an dem wenigstens einen äußeren Abschirmelement 14 werkstückseitig elastische lichtdichte Dichtungselemente 16 vorstehen.
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Der Laserbearbeitungskopf 1 weist im Bearbeitungsraum 8 wenigstens ein Leuchtmittel 22, insbesondere in Form einer oder mehrerer LEDs, auf. Das wenigstens eine Leuchtmittel 22 strahlt Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum aus.
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In dem Hohlraum 18 sind bevorzugt eine Mehrzahl an Sensoren 20 in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet.
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Der Sensor 20 ist zur Erfassung von Streustrahlung eingerichtet, welche, insbesondere unter der werkstückseitigen Kante des Abschirmelements 4, aus dem Bearbeitungsraum 8 in den Hohlraum 18 übertritt. Der Laserstrahl 4 ist hierbei bevorzugt automatisch abschaltbar, wenn der Sensor 20 ein Vorhandensein von Laserstrahlung in dem Hohlraum 18, insbesondere bei einem Überschreiten eines Schwellwerts, erfasst.
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Gemäß einer Abwandlung der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Sensor 20 alternativ oder zusätzlich zur Erfassung eines Umgebungsdrucks eingerichtet sein, welcher insbesondere in dem Hohlraum 18 und/oder dem Bearbeitungsraum 8 vorherrscht. Der Laserstrahl 4 ist hierbei bevorzugt automatisch abschaltbar, wenn der Sensor 20 einen plötzlichen Druckabfall in dem Hohlraum 18 und/oder in dem Bearbeitungsraum 8 erfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laserbearbeitungskopf
- 2
- Bearbeitungsoptik
- 4
- Laserstrahl
- 6
- Werkstück
- 8
- Bearbeitungsraum
- 10
- Abschirmgehäuse
- 12
- inneres Abschirmelement
- 14
- äußeres Abschirmelement
- 16
- Dichtelemente
- 18
- Hohlraum
- 20
- Sensor
- 22
- Leuchtmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2011 050 832 A1 [0003]
- DE 20 2009 013 899 U1 [0004]
- DE 296 20 304 U1 [0005]
- DE 10 2010 005 043 A1 [0006]