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Die
Erfindung betrifft eine Schutzgasvorrichtung für Laserbearbeitungseinrichtungen
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine
derartige Schutzgasvorrichtung für
Remote-Laserbearbeitungseinrichtungen
ist aus der US-A 6,153,853 bekannt. Sie besteht aus ein oder mehreren
stationären
Kanälen
und Schutzgasauslässen,
die in Spannern untergebracht sind. Die Spanner dienen zum Spannen
einer Fahrzeugkarosserie auf einer Palette. Die Schutzgasauslässe sind einfache
Bohrungen im Spannergehäuse,
durch die das Schutzgas ohne besondere Richtungsbeeinflussung an
der Werkstückoberfläche austreten
kann. Mit der vorbekannten Schutzgasvorrichtung ist nur ein kleiner
Schutzgasbereich erzielbar, der wiederum zur Folge hat, dass mit
der Laserbearbeitungseinrichtung nur größenmäßig stark beschränkte Schweißpunkte
gesetzt werden können,
die sich zudem in unmittelbarer Nähe der Spanner befinden müssen.
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Die
DE 37 22 274 C2 befasst
sich mit einer Vorrichtung zum Führen
von Zargen in einer Laserschweißmaschine.
Hierbei soll ein Niederhalteschuh mit einem an der Schweißstelle
mündenden
Kanal für eine
Schutzgaszuführung
vorhanden sein. Hierbei wird das Werkstück gegenüber dem stationären Laserschweißkopf und
seiner ebenfalls stationären Schutzgaszuführung bewegt.
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Die
DE 30 07 205 C2 zeigt
eine ähnliche
Anordnung wie der vorerwähnte
Stand der Technik. Das Werkstück
wird relativ zu einer stationären
Laserschweißvorrichtung
nebst zugehöriger
Schutzgasvorrichtung bewegt.
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Bei
der
DE 199 48 895
A1 wird eine Schutzgasschweißeinrichtung mit dem instationären Laserkopf
mitbewegt und ist mit diesem über
Streben verbunden. Mittels einer gelenkigen Lagerung lassen sich
hierbei die Gasdüsen
gegenüber
den Streben verstellen.
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Die
DE 22 54 673 A befasst
sich mit einem Laserschweißprozess
an sich, wobei auf eine Schutzgaszufuhr verwiesen wird. Auch in
diesem Fall wird das Werkstück
gegenüber
dem stationären
Laserschweißkopf
und der ebenfalls stationären Schutzgaszuführung bewegt.
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Aus
der US 2002/0170891 A1 ist das Bohren von Löchern in einem Waver mittels
Laserstrahlen bekannt. Auch in diesem Fall wird das Werkstück mit der
zugeordneten Schutzgaszuführung
bewegt.
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Die
JP 60-096 393A befasst sich mit dem Laserschmelzschweißen. Hier
sind Schutzgasdüsen mit
einem gerichteten Schutzgasstrom und Ventile vorhanden. Das Werkstück bewegt
sich wiederum mit seiner Werkstückaufnahme
gegenüber
dem stationären
Laserstrahl.
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Die
JP 06-292 989 A ähnelt
der vorerwähnten
US-A-6,153,853 und zeigt eine Spanneinrichtung mit einer integrierten
Schutzgaszuführung
zum Flanschschweißen
von Behältern
mittels Laserstrahl. Auch hier findet ein indifferenter Gasauslass
ohne Düsenfunktion
und ohne bestimmte Gasrichtung statt. Bedingt durch die Spannkontur
ist die Schutzgasatmosphäre
nur partiell vorhanden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schutzgasvorrichtung
mit einem größeren Einsatzbereich
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
beanspruchte mit einer Werkstückaufnahme
oder einem Werkstück
verbundene stationäre Schutzgasvorrichtung
bietet über
den Einsatz von Schutzgasdüsen
die Möglichkeit,
größere Werkstückbereiche
gezielt mit einer Schutzgasatmosphäre zu versorgen. Dies erlaubt
umfangreichere Schweißarbeiten
und insbesondere das Schweißen von
längeren
Abschnitten und Bearbeitungsbahnen mit dem Laserstrahl. Durch die
Düsenausbildung kann
der emittierte Gasstrom in der gewünschten Weise ausgerichtet
und gelenkt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Schutzgasdüsen eine
verstellbare Lagerung aufweisen und sich hierdurch an die jeweiligen
Schweißerfordernisse
in Lage und Ausrichtung anpassen lassen.
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Die
beanspruchte Schutzgasvorrichtung hat besondere Vorteile für Remote-Laserbearbeitungsvorrichtungen,
bei denen der Laserstrahl von einem relativ weit distanzierten Remote-Laserkopf
auf das Werkstück
gerichtet wird. Die für
den Laserprozess erforderliche Bewegung des Laserstrahls kann über eine
bewegliche Scannereinrichtung und eine Ablenkung des Laserstrahls
im Laserkopf erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Laserkopf durch
eine geeignete Einrichtung, zum Beispiel einen Roboter bewegt werden.
Bei derartigen Remote-Laserbearbeitungseinrichtungen
bewegt sich somit der Laserstrahl in einer Weise gegenüber dem
Werkstück,
die ein Mitführen
einer mitbewegten Schutzgasvorrichtung erschwert oder unmöglich macht.
Mit der beanspruchten im Wesentlichen stationären Schutzgasvorrichtung lässt sich
dieses Problem beheben, so dass mit einem Remote-Laserstrahl trotzdem größenmäßig ausgedehnte
Bearbeitungsoperationen in beliebiger Weise möglich sind.
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Für die im
Wesentlichen stationäre
Anordnung der Schutzgasdüsen
gibt es verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten. Eine Düsenanordnung
an einer Spanneinrichtung oder einer Werkstückaufnahme hat hierbei den
Vorteil einer automatischen und korrekten Ausrichtung zum Werkstück und zur
werkstückbezogenen
Bearbeitungsbahn. Bei Verbindung mit einer Spanneinrichtung kann
zudem die Schutzgasvorrichtung durch die Betätigung der Spanneinrichtung
zugestellt und entfernt werden.
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Für die konstruktive
Ausbildung der Schutzgasdüsen
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die sich an den örtlichen
Gegebenheiten und am Einsatzweck orientieren und beliebig wählbar sind.
Mit einer gespreizten Flachdüse
lässt sich
ein größerer Bahnbereich
abdecken und ein quer zur Bearbeitungsbahn gerichteter Gasstrom
emittieren. Eine Rohrdüse
kann hingegen den Gasstrom entlang der Bearbeitungsbahn richten
und ihn dabei auch gezielt bündeln.
Die Anordnung einer Rohrdüse
hat Vorteile bei beengten Platzverhältnissen, geometrisch problematischen
Bahnbereichen und an Anfang sowie Ende der Bearbeitungsbahn. Eine
Kammerdüse
erlaubt eine besonders gute Führung
und Bündelung des
Schutzgasstroms bzw. der Schutzgasatmosphäre an der Bearbeitungsbahn,
wobei Gasverluste minimiert werden können.
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Bei
der beanspruchten Schutzgasvorrichtung können mehrere Schutzgasdüsen entlang
der Bearbeitungsbahn verteilt angeordnet sein und hierdurch einen
sehr großen
Bahnbereich abdecken. Die Aufteilung des Gasstromes auf mehrere
Schutzgasdüsen
erlaubt hierbei eine selektive Beaufschlagung der einzelnen Düsen entsprechend
des Bahnvorschubs vom Laserstrahl. Hierbei lassen sich der Bahnvorschub
und die Düsenbeaufschlagung
synchronisieren, so dass der Gasstrom oder Schutzgasvorhang stets
an der benötigten
Stelle der Bearbeitungsbahn vorhanden ist. Durch die selektive Düsenbeaufschlagung
lässt sich außerdem der
Schutzgasverbrauch einschränken
und optimieren.
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Für die selektive
Beaufschlagung der Schutzgasdüsen
ist eine Verteileinrichtung von Vorteil, die auch mit Erfolg bei
den konventionellen Schutzgasauslässen im Stand der Technik von
Vorteil ist und insoweit eigenständige
Bedeutung haben kann. Durch Kopplung an eine Prozesssteuerung lässt sich
auf einfache Weise der Gasstrom mit dem Bahnvorschub des Laserstrahls
synchronisieren. Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung der
Verteileinrichtung beinhaltet ein Verteilzylinder mit einem von
einem mit der Prozesssteuerung synchronisierten antriebbewegten
Verteilkolben, über den
am Zylindermantel angeschlossenen Schutzgasleitungen selektiv geöffnet und
geschlossen werden. Der Verteilkolben kann hierbei in einfacher
Weise axial bewegt werden.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine Laserbearbeitungseinrichtung mit
einer Schutzgasvorrichtung in Seitenansicht,
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2: eine abgebrochene und
schematisierte Draufsicht auf eine Laserbearbeitungseinrichtung mit
zwei verschiedenen Arten von Schutzgasdüsen,
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3: eine Draufsicht auf ein
Werkstück
mit einer Bearbeitungsbahn und einer Schutzgasvorrichtung mit mehreren
verteilt angeordneten Schutzgasdüsen
sowie einer Verteileinrichtung,
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4: eine Verteileinrichtung
im schematisierten Längsschnitt
und
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5: eine Variante zur Verteileinrichtung von 4,
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6: eine abgewandelte Schutzgasvorrichtung
in perspektivischer Ansicht und
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7: einen Querschnitt durch
die Schutzgasvorrichtung von 6.
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1 zeigt schematisch eine
Laserbearbeitungseinrichtung (2) mit einer Schutzgasvorrichtung (1)
zur Bearbeitung eines Werkstücks
oder Bauteils (9) mittels mindestens eines Laserstrahls
(4). Die Laserbearbeitungseinrichtung (2) weist
mindestens ein Handhabungsgerät
(5), vorzugsweise einen mehrachsigen Gelenkarmroboter,
auf, der mindestens einen Laserkopf (3) bewegt, von dem
ein Laserstrahl (4) auf das Werkstück (9) gerichtet wird.
Der Roboter (5) hat eine Robotersteuerung (30),
in die auch eine Prozesssteuerung für den Laserprozess integriert sein
kann. Die Prozesssteuerung (30) kann alternativ auch an
anderer Stelle und extern angeordnet sein.
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Der
Laserkopf (3) ist als Remote-Laserkopf ausgebildet, der
mit einem größeren Abstand
zum Werkstück
(9) gehalten und gegebenenfalls bewegt wird. Der distanzierte
Laserkopf (3) hat dadurch keinen Kontakt zum Werkstück (9)
und führt
auch keine Schutzgasvorrichtung mit.
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Der
Laserstrahl (4) wird entlang einer Bearbeitungsbahn (6)
auf dem Werkstück
(9) entlang geführt.
Die Bearbeitungsbahn (6) kann eine einzelne zusammenhängende Bahn
sein. Sie kann auch aus mehreren Einzelbahnen bestehen, wobei zudem
die Bahnen aus einzelnen und unter Umständen unterbrochenen Abschnitten,
zum Beispiel in Form einer Strichnaht, bestehen können. Die
Relativbewegung zwischen Laserstrahl (4) und Werkstück (9)
wird vorzugsweise über
eine Bewegung des Laserstrahls (4) erzeugt. Dies kann auf
unterschiedliche Weise geschehen. Zum einen kann der Laserstrahl
(4) über eine
Scannereinrichtung im Laserkopf (3) in ein oder mehreren
Richtungen abgelenkt werden. Die Scannereinrichtung kann hierfür zum Beispiel
ein oder mehrere gesteuert bewegliche Spiegel aufweisen. Zusätzlich kann
der Laserkopf (3) vom Roboter (5) oder einen anderen
Art von Handhabungseinrichtung bewegt werden. In einer weiteren
Variante ist es möglich,
einen Laserkopf (3) ohne Scannereinrichtung und mit einem
fixierten Laserstrahl (4) einzusetzen, wobei der Laserkopf
(3) vom Roboter (5) bzw. einer anderen Handhabungseinrichtung
relativ zum Werkstück
(9) bewegt wird.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist das Werkstück
(9) stationär
angeordnet. Es befindet sich auf einer entsprechend ausgebildeten
Werkstückaufnahme
(8), zum Beispiel einem Unterbau mit verschiedenen Werkstückauflagen
und Formteilen, auf denen das Werkstück (9) in der gewünschten
Weise exakt positioniert werden kann. Mittels einer Spanneinrichtung
(10), die mehrere bewegliche und von der Prozesssteuerung
(30) steuerbare Spanner aufweist, kann das Werkstück (9)
auf der Werkstückaufnahme (8)
lagegerecht gespannt und festgehalten werden.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist die Werkstückaufnahme
(8) stationär
am Anlagenboden fixiert. In einer nicht dargestellten Variante kann
eine instationäre
Werkstückaufnahme
(8) eingesetzt werden, die zum Beispiel aus einer Greifeinrichtung
mit integrierten Spannern besteht, die von einem mehrachsigen Roboter
geführt
und bewegt wird. Hierbei kann die Relativbewegung zwischen Werkstück (9) und
Laserstrahl (4) durch die Werkstückbewegungen oder durch eine Überlagerung
von Werkstückbewegung
und Laserstrahlbewegung erzeugt werden.
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Der
Laserbearbeitungsprozess kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um Laserschweißprozesse,
bei denen ein oder mehrere durchgehende oder unterbrochene Laserschweißnähte entlang
der vorzitierten Bearbeitungsbahn (en) (6) erzeugt werden.
Die Relativbewegungen zwischen Laserstrahl (4) und Werkstück (9)
wird hierbei von der Prozesssteuerung (30) und gegebenenfalls
der Robotersteuerung gesteuert.
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Die
Laserbearbeitungseinrichtung (2) beinhaltet eine Schutzgasvorrichtung
(1), die ein oder mehrere Schutzgasdüsen (11,12,13)
mit einem auslassseitig gerichteten Schutzgasstrom ausweist. Die Schutzgasdüsen (11,12,13)
sind nahe an der Bearbeitungsbahn (6) am Werkstück (9)
positioniert und zur Bearbeitungsbahn (6) hin entsprechend
ausgerichtet, um im Bahnbereich die gewünschte bzw. erforderliche Schutzgasatmosphäre zu schaffen.
Im Ausführungsbeispiel
von 1 bis 3 wird der Schutzgasstrom
(17) vorzugsweise aus der Düsenmündung in einem freien Strahl
und direkt auf das Werkstück (9)
und die Bearbeitungsbahn (6) gerichtet. Das Schutzgas kann
von beliebig geeigneter Art sein und zum Beispiel aus einem inerten
Gas, wie Argongas oder dergleichen bestehen.
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Das
Schutzgas wird von einer Schutzgasversorgung (21) mittels
einer gegebenenfalls zwischengeschalteten und nachfolgend näher erläuterten
Verteileinrichtung (22) über Schutzgasleitungen (18,19,20)
den Schutzgasdüsen
(11,12,13) zugeführt. Die Schutzgasdüsen (11,12,13)
sind vorzugsweise im Wesentlichen stationär am Werkstück (9) angeordnet.
Hierbei empfiehlt es sich, die Schutzgasdüsen (11,12,13)
an Teilen der Spanneinrichtung (10), insbesondere den einzelnen
Spannern, oder an der Werkstückaufnahme
(8) zu lagern.
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2 zeigt zwei bevorzugte
Ausgestaltungen der Schutzgasdüsen
(11,12,13). Die eine Schutzgasdüse (11)
ist als gespreizte Flachdüse
(14) ausgebildet, die ein trichterförmig sich erweiterndes Düsengehäuse mit
einer langen und schmalen Auslassöffnung aufweist, durch die
ein entsprechend breit aufgefächerter
Gasstrom (17) emittiert wird. Die Flachdüse (14)
ist mit ihrer Düsenöffnung vorzugsweise
im Wesentlichen parallel zur Bearbeitungsbahn (6) ausgerichtet
und emittiert einen im Wesentlichen quer zur Bearbeitungsbahn (6)
gerichteten Gasstrom. Die Flachdüse
(14) kann alternativ schräg zur Bearbeitungsbahn (6)
ausgerichtet sein, um gezielt ein Druckgefälle oder eine andere Strömungsrichtung
(17) relativ zur Bearbeitungsbahn (6) zu erzeugen.
In der gezeigten Ausführungsform
ist die Düsenöffnung im
Wesentlichen gerade.
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Im
rechten Teil von 2 ist
eine Alternative der Schutzgasdüse
(11) dargestellt, die hier als Rohrdüse (15) ausgebildet
ist. Die Rohrdüse
emittiert einen gebündelten
Gasstrom, wobei sie beispielsweise im Wesentlichen längs der
Bearbeitungsbahn (6) ausgerichtet ist. Das Schutzgas strömt dadurch
entlang der Bearbeitungsbahn (6).
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Wie 2 ferner verdeutlicht, weisen
die Schutzgasdüsen
(11,12,13) eine verstellbare Lagerung
(16) auf, die eine Änderung
der Düsenposition und
Düsenausrichtung
erlaubt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist dies ein Drehlager zwischen Düsengehäuse und Spanneinrichtung (10),
welches eine Drehverstellung der Schutzgasdüse (11) erlaubt. Die Lagerung
(16) kann auch alternativ in anderer Weise ausgebildet
sein und auch mehrere Achsen aufweisen. Beispielsweise können ein
oder mehrere Linearachsen, mehrere Drehachsen oder auch Kombinationen
von Linear- und Drehachsen vorhanden sein.
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1 verdeutlicht außerdem eine
weitere Variante der Düsenausbildung.
Die Schutzgasdüse (12)
hat beispielsweise einen abgewinkelten Düsenkörper, welcher der Werkstückkontur
folgt. Die Düsenkörper oder
Düsengehäuse können aus
einem beliebig geeigneten und für
die Laserbearbeitungsbedingungen ausreichend widerstandsfähigen Material
bestehen. Sie können
starr ausgebildet sein. Alternativ sind auch plastisch verformbare
Materialien einsetzbar, die eine Veränderung der Düsenform
und eine flexible Anpassung an die Einsatzbedingungen erlauben. 6 und 7 zeigen eine dritte Variante der Düsenausbildung.
Die Schutzgasdüse
(11) ist hier als Kammerdüse (31) ausgebildet,
die besonders für kürzere Bearbeitungsbahnen
(6) in Form von Strichnähten
oder dergleichen geeignet ist. Die Kammerdüse (31) besitzt einen
Düsenkörper (32),
der auf das Werkstück
(9) im Bereich der Bearbeitungsbahn (6) aufgesetzt
wird oder mit geringem Abstand darüber gehalten wird. Der Düsenkörper (32)
hat eine innen liegende Schutzgaskammer (33), deren Form
beliebig variabel ist und die sich vorzugsweise in Axialrichtung
an die Gestaltung der Bearbeitungsbahn (6) anpasst. Die
Seitenwände
der Schutzgaskammer (33) begrenzen den Raum für die Schutzgasatmosphäre und bilden
hierfür
eine Art Wanne, aus der das Schutzgas vor allem bei einer auf dem
Werkstück
(9) aufgesetzten Kammerdüse (31) nicht entweichen kann.
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Die
Schutzgaskammer (33) ist für den Laserstrahl (4)
durchlässig,
so dass dieser an die Bearbeitungsbahn (6) gelangen kann.
Eine solche Durchlässigkeit
ist einerseits durch eine oben offene Kammergestaltung möglich. Alternativ
kann die Schutzgaskammer (33) an der Oberseite durch eine
laserlichtdurchlässige
Wandung, zum Beispiel aus Glas, begrenzt und verschlossen sein.
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Der
Düsenkörper (32)
kann in einen Spanner (34) oder ein anderes Teil der Spanneinrichtung
(10) integriert sein. In der gezeigten Ausführungsform
von 6 ist der Düsenkörper (32)
mittels eines bügelförmigen Halters
(35) an einem Spanner (34) gelagert. Der Düsenkörper (32)
ist hierbei als Auflagekörper ausgebildet,
der vom Spanner (34) auf die Werkstückoberfläche gedrückt wird.
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Für die Zufuhr
des Schutzgases kann eine ringförmige
Schutzgasleitung (18) vorhanden sein, die durch die Bügelarme
des Halters (35) verläuft
und vorzugsweise beidseitig an den axialen Enden der Schutzgaskammer
(33) mündet.
Bei dieser Gestaltung ist eine Spülung mit einem Schutzgasstrom möglich. Alternativ
kann auch nur eine einzelne Schutzgasleitung vorhanden sein, die
für eine
stehende Schutzgasatmosphäre
in der Schutzgaskammer (33) sorgt.
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7 verdeutlicht in einem
Querschnitt des Ausführungsbeispiels
von 6 die Gestaltung
des Düsenkörpers (32)
mit der zentralen innen liegenden Schutzgaskammer (33),
der Schutzgasleitung (18) und dem einfallenden Laserstrahl
(4). 7 zeigt hierbei
auch eine Abwandlung von 6,
bei der die Schutzgaskammer (33) oben von einer Blende
(36) abgedeckt ist, die nur einen schmalen und gegenüber der
Kammerbreite verengten Einfallschlitz für den Laserstrahl (4)
frei lässt.
Die Schutzgasatmosphäre wird
hierdurch besser in der Schutzgaskammer (33) gehalten und
kontrolliert.
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Das
Werkstück
(9) besteht im Ausführungsbeispiel
von 6 und 7 aus zwei dünnen aufeinander
liegenden Blechen, die mittels des Laserstrahls (4) in
einer Überlappnaht
miteinander verschweißt werden.
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Wie 3 verdeutlicht, können bei
ein oder mehreren längeren
Bearbeitungsbahnen (6) mehrere Schutzgasdüsen (11,12,13)
entlang der Bearbeitungsbahn (6) verteilt angeordnet sein.
In der gezeigten Ausführungsform
sind insgesamt sechs Schutzgasdüsen
vorhanden. Die Schutzgasdüsen (11,12,13)
werden entsprechend des Bahnvorschubs vom Laserstrahl (4)
selektiv mit Schutzgas über
ihre angeschlossenen Schutzgasleitungen (18,19,20) versorgt.
Die Schutzgasdüsen
(11,12,13) werden hierbei nacheinander
von einer Verteileinrichtung (22) beaufschlagt, wobei die
Beaufschlagung vorzugsweise mit dem Bahnvorschub (7) des
Laserstrahls (4) synchronisiert wird. Zu diesem Zweck ist die
Verteileinrichtung (22) mit der Prozesssteuerung (30)
verbunden und erhält
von dieser die notwendigen Steuersignale. Auf diese Weise werden
gezielt nur diejenigen Schutzgasdüsen (11,12,13)
beaufschlagt, in deren Einflussbereich sich gerade der Laserstrahl
(4) befindet. Hierbei ist ergänzend auch ein Vor- und Nachlauf
benachbarter Schutzgasdüsen möglich, um
ein Vorspülen
oder Nachspülen
zu ermöglichen.
Durch ein rechtzeitiges Beaufschlagen der nächstfolgenden Schutzgasdüse kann
sichergestellt werden, dass sich beim Übergang des Laserstrahls (4)
vom einen in den nächsten
Düsenbereich bereits
die erforderliche Schutzgasatmosphäre im Folgebereich aufgebaut
ist. Die Folgedüsen
brauchen außerdem
eine vorzeitige Beaufschlagung, falls die Düsen und ihre Schutzgasleitungen
leer sind oder mit Umgebungsluft gefüllt sind, um sie rechtzeitig
freizuspülen
und neues Schutzgas bis zur Düsenöffnung zu
führen.
Ein Nachspülen
und eine verlängerte
Beaufschlagung der rückwärtigen Schutzgasdüsen kann
sinnvoll sein, um bei der abkühlenden
Laserschweißnaht
noch eine Zeitlang die Schutzgasatmosphäre aufrecht zu erhalten und
Oxidationserscheinungen oder dergleichen andere Nahtveränderungen
zu vermeiden. Eine verlängerte
Düsenbeaufschlagung
ist auch in denjenigen Fällen
von Vorteil, wo mehrere Laserstrahlen nacheinander entlang der gleichen
oder einer parallelen Bearbeitungsbahn (6) bewegt werden.
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4 und 5 verdeutlichen konstruktive Ausführungsbeispiele
der Verteileinrichtung (22). Sie besteht in beiden Fällen aus
mindestens einem Verteilzylinder (23), an dessen Zylindermantel
mehrere Schutzgasleitungen (18,19,20)
in Axialrichtung hintereinander verteilt angeschlossen sind. Hierbei
können
die Schutzgasleitungen (18,19,20) untereinander
gleiche oder unterschiedliche Abstände aufweisen. Sie können in
der gleichen Axiallinie verlaufen oder zueinander in Umfangsrichtung
versetzt sein. Die einzelnen Schutzgasleitungen (18,19,20)
können über eine
einzelne Zulaufbohrung im Zylindermantel angeschlossen sein. Alternativ
können
sie auch mehrere miteinander über
einen Ringkanal oder dergleichen verbundene Zulauföffnungen
haben.
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Im
Verteilzylinder (23) ist ein Verteilkolben (24)
mit einer Gasleitung (28) beweglich angeordnet. Über die
Stellung des Verteilkolbens (24) wird von der Gasleitung
(28) die jeweils zugeordnete Schutzgasleitung (18,19,20)
beaufschlagt.
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In
beiden Ausführungsformen
weist der Verteilkolben (24) zwei axial distanzierte Kolbenscheiben
(25,26) auf, die umfangsseitig dichtend im Verteilzylinder
(23) geführt
sind. Die Gasleitung (28) ist in der Kolbenstange (27)
angeordnet, die einen kleineren Durchmesser als die Kolbenscheiben
(25,26) besitzt. Hierdurch entsteht zwischen den
Kolbenscheiben (25,26) ein ringförmiger Freiraum,
in dem die axiale Gasleitung (28) mit ein oder mehreren
Querauslässen
mündet.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 4 ist der Axialabstand
der Kolbenscheiben (25,26) so gewählt, dass
bei jeder Axialstellung des Verteilkolbens (24) nur jeweils
eine einzelne in den Freiraum mündende Schutzgasleitung
(19) (fett dargestellt) beaufschlagt ist, durch die das
Schutzgas in Strömungsrichtung (17)
austreten und abfließen
kann. Die anderen Schutzgasleitungen (18,20) sind
durch die Kolbenscheiben (25,26) abgedeckt oder
vom Gasstrom durch die Dichtwirkung zwischen Scheibenrand und Zylindermantel
abgeschlossen.
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5 zeigt hierzu eine Variante
mit einer größeren Distanzierung
der Kolbenscheiben (25,26). In der mit durchgezogenen
Strichen dargestellten Kolbenstellung sind zwei Schutzgasleitungen
(18,19) beaufschlagt. In der gestrichelt dargestellten
Folgestellung ist die untere Schutzgasleitung (18) verschlossen
und nur noch die zweite Schutzgasleitung (19) offen. Durch
diese Gestaltung kann das vorbeschriebene Nachspülen über die verlängerte Beaufschlagung
der rückwärtigen Schutzgasleitung
(18) bzw. der ihr zugeordneten Schutzgasdüse (11)
gegenüber
der Folgedüse
(12) erreicht werden. Bei der weiteren und nicht dargestellten
Kolbenbewegung wird anschließend
die Schutzgasleitung (20) zum Vorspülen geöffnet, während die Schutzgasleitung (19)
immer noch offen ist. In der weiteren Kolbenbewegung wird an der
Schutzgasleitung (19) ein Nachspülen in der vorbeschriebenen
Weise erzielt.
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Die
axialen Abstände
der Kolbenscheiben (25,26) richten sich in den
vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
nach den axialen Abständen
der Schutzgasleitungen (18,19,20).
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Im
Ausführungsbeispiel
von 4 entspricht der
Scheibenabstand im Wesentlichen dem Leitungsabstand, wodurch stets
nur eine Schutzgasleitung (18,19,20)
geöffnet
wird. In der dargestellten Variante von 5 ist der Scheibenabstand größer als der
Leitungsabstand, wodurch zeitweise zwei Schutzgasleitungen (18,19,20)
zum getrennten Vor- und Nachspülen
geöffnet
werden. In einer nicht dargestellten Variante mit noch größerem Scheibenabstand
können
drei oder mehr Schutzgasleitungen (18,19,20)
zeitweise zugleich beaufschlagt werden und ein gleichzeitiges Vor-
und Nachspülen
ermöglichen.
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Die
Axialbewegung des Verteilkolbens (24) wird über die
Kolbenstange (27) durch einen geeigneten Antrieb (29)
erreicht, der in 4 schematisch dargestellt
ist. Der Antrieb (29) kann in beliebig geeigneter Weise
ausgebildet sein. Beispielsweise ist er als elektromotorischer Spindelantrieb
ausgebildet. Der Antrieb (29) ist mit der Prozesssteuerung
(30) verbunden. Über
diese Steuerverbindung kann der Verteilkolben (24) synchron
zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl (4) und Werkstück (9)
bewegt werden.
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Die
axial im Inneren der Kolbenstange (27) verlegte Gasleitung
(28) ist endseitig in geeigneter Weise aus der Kolbenstange
(27) herausgeführt
und mit der Schutzgasversorgung (21) verbunden.
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In
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
münden
die Schutzgasleitungen (18,19,20) als
offene Rohre oder Leitungen an den Schutzgasdüsen (11,12,13).
In Abwandlung hierzu ist es möglich,
an den Leitungsmündungen
Ventile oder andere steuerbare Verschlüsse anzuordnen. Diese Ventile können von
der Prozesssteuerung (30) beaufschlagt und einzeln ferngesteuert
werden. Alternativ ist es möglich,
die Ventilbetätigung
an die Funktion und Betätigung
der Spanneinrichtung (10) zu koppeln. Mit derartigen endseitigen
an den Leitungsmündungen oder
gegebenenfalls auch in den Schutzgasdüsen (11,12,13)
angeordneten Ventilen oder anderen Verschlussmitteln kann die vorbeschriebene
Verteileinrichtung (22) ergänzt werden. Alternativ ist
auch ein Ersatz der Verteileinrichtung (22) durch diese
Ventile oder Verschlüsse
möglich.
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Abwandlungen
der gezeigten Art und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener
Weise möglich.
Zum einen kann die Zahl, Anordnung und Ausrichtung der Schutzgasdüsen (11,12,13)
beliebig variieren. In 1 und 3 sind hierzu rein beispielhafte
und stark schematisierte Anordnungen dargestellt. Die Ausrichtung
der Schutzgasdüsen
(11,12,13) und der emittierten Gasströme (17) ist
außerdem
abhängig
von der Einfallrichtung des Laserstrahls (4). In den gezeigten
einfachen Ausführungsbeispielen
ist der Schutzgasstrom (17) im Wesentlichen parallel zur
Werkstückoberfläche gerichtet,
wobei der Laserstrahl (4) im Wesentlichen senkrecht auf
die Werkstückoberfläche auftrifft.
In Variation hierzu können
die Schutzgasdüsen
(11,12,13) schräg zur Werkstückoberfläche gerichtet
sein. Die Ausrichtung und Lage der Schutzgasdüsen (11,12,13)
richtet sich nach der Lage der Bearbeitungsbahn (6). Diese
kann je nach Stückart
in der Horizontalen und von der X- und Y- Achse aufgespannten Ebene verlaufen.
Die Bearbeitungsbahn (6) kann alternativ auch eine Komponente
in Richtung der Z-Achse haben. Die Bahn (6) kann insbesondere
einen beliebigen räumlichen
Verlauf aufweisen. Dementsprechend räumlich sind die Schutzgasdüsen (11,12,13)
verteilt angeordnet und ausgerichtet.
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Variabel
ist auch die Verteileinrichtung (22). Statt der gezeigten
axialen Linearverstellung ist eine rotatorische Stellung in Verbindung
mit umfangsseitig am Zylindermantel verteilt angeordneten Schutzgasleitungen
(18,19,20) möglich. In diesem Fall ist ein drehbarer
Verteilkolben (24) vorhanden, der am Umfang ein oder mehrere örtlich begrenzte
Schutzgasauslässe
hat, die je nach Kolbendrehstellung die verschiedenen Schutzgasleitungen
(18,19,20) beaufschlagen. Daneben sind
weitere beliebige andere Ausgestaltungen der Verteileinrichtung
(22), ihrer Komponenten und ihrer Funktion möglich.
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Die
Schutzgasvorrichtung (1) kann nicht nur in Verbindung mit
Remote-Laserbearbeitungseinrichtungen (2) eingesetzt werden.
Sie lässt
sich auch zusammen mit anderen Laserköpfen einsetzen, die von einer
Handhabungseinrichtung, bzw. einem mehrachsigen Gelenkarmroboter
nahe und in Kontakt am Werkstück
(9) entlang bewegt werden. Der Kontakt kann zum Beispiel
durch Andrückrollen,
Andrückfinger
oder dergleichen realisiert werden. Die gezeigte und im Wesentlichen
stationäre
Schutzgasvorrichtung (1) kann durch eine mit derartigen
Laserköpfen mitbewegte
Schutzgasvorrichtung ergänzt
werden. In weiterer Abwandlung wird bei der eingangs erwähnten Relativbewegung
und Mitführung
des Bauteils (9) durch einen Roboter oder dergleichen die Schutzgasvorrichtung
(1) mitbewegt. Ferner ist es möglich, die gezeigte Schutzgasvorrichtung
(1) in Verbindung mit anderen Bearbeitungseinrichtungen einzusetzen,
zum Beispiel Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtungen. Der gewählte Begriff
Laserbearbeitungseinrichtung deckt hierbei alle diese Varianten ab.
Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Varianten im breitesten
Sinne um Strahlbearbeitungseinrichtungen. Eine stationäre Schutzgaseinrichtung
(1) lässt
sich außerdem
in Verbindung mit Lichtbogen-Bearbeitungseinrichtungen einsetzen.
-
- 1
- Schutzgasvorrichtung
- 2
- Laserbearbeitungseinrichtung
- 3
- Laserkopf,
Remote-Laserkopf
- 4
- Laserstrahl
- 5
- Roboter
- 6
- Bearbeitungsbahn,
Bahn
- 7
- Vorschubrichtung
- 8
- Werkstückaufnahme,
Unterbau
- 9
- Werkstück, Bauteil
- 10
- Spanneinrichtung
- 11
- Schutzgasdüse
- 12
- Schutzgasdüse
- 13
- Schutzgasdüse
- 14
- Flachdüse
- 15
- Rohrdüse
- 16
- Lagerung
verstellbar
- 17
- Strömungsrichtung
- 18
- Schutzgasleitung
- 19
- Schutzgasleitung
- 20
- Schutzgasleitung
- 21
- Schutzgasversorgung
- 22
- Verteileinrichtung
- 23
- Verteilzylinder
- 24
- Verteilkolben
- 25
- Kolbenscheibe
- 26
- Kolbenscheibe
- 27
- Kolbenstange
- 28
- Gasleitung
- 29
- Antrieb
- 30
- Prozesssteuerung,
Robotersteuerung
- 31
- Kammerdüse
- 32
- Düsenkörper, Auflagekörper
- 33
- Schutzgaskammer
- 34
- Spanner
- 35
- Halter,
Bügel
- 36
- Blende