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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Schnellwechselwerkzeughalter zur Halterung
eines optischen Bearbeitungs- oder Messkopfes, insbesondere eines
Laserbearbeitungskopfes.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Moderne
Hochleistungslaser haben eine hohe Effizienz und Verfügbarkeit
und ermöglichen einen hohen Automatisierungsgrad bei Materialbearbeitung.
Insbesondere bei Schneidevorgängen sind sie mit CNC-gesteuerten
Dreh-, Bohr- oder Fräsmaschinen vergleichbar. Allerdings
bieten bisherige Laserbearbeitungsanlagen noch nicht die Flexibilität, die
ein Bohr- oder Fräsmaschine mit einer Vielzahl von auswechselbaren
Werkzeugen (sog. Wechselwerkzeugen) erreicht hat, obwohl verschiedene
Versuche, den Laser als ein weiteres Wechselwerkzeug zu integrieren,
unternommen wurden.
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Ein
Problem, das eine erfolgreiche Integration bislang verhindert hat,
stellt die Komplexität eines solchen optischen Werkzeugs
dar. Im Zusammenhang mit der Laserbe arbeitungstechnik stellt der
Laserbearbeitungskopf, der beispielsweise eine Endoptik enthalten
kann, oder der Laserbearbeitungskopf einschließlich dessen
Halter ein solches Wechselwerkzeug dar. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Werkzeugen
bei Dreh- oder Fräsmaschinen werden insbesondere beim Laserschneiden
im Laserbearbeitungskopf verschiedene Medien (z. B. Gase) und verschiedene
Signale (z. B. Sensorsignale zur Erfassung und Steuerung des Abstandes
zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück) benötigt.
Diese Medien und Signale müssen dabei verlustfrei und zuverlässig
vom Laser und seiner Steuerung in den Laserbearbeitungskopf gelangen.
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Einen
weiteren Aspekt der angesprochenen Komplexität stellt die
erforderliche Präzision bei der Positionierung des Laserbearbeitungskopfes
relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück dar. Ein Laserbearbeitungskopf
ist eine teure Komponente, von der die Qualität der Bearbeitung
maßgeblich abhängt. Durch die Nähe zu
dem zu bearbeitenden Werkstück ist jedoch das Gefährdungspotential durch
eine Kollision des Laserbearbeitungskopfes mit dem Werkstück
insbesondere während der Auslegung und Einstellung der
Bearbeitungsprozesse besonders hoch.
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Werkzeughalter,
die die Werkzeugmaschinenbranche in Dreh- oder Fräsmaschinen
verwendet, sind üblicherweise dafür ausgelegt,
große Momente und Kräfte zu übertragen.
Diese Werkzeughalter verfügen häufig über
eine konische oder zylindrische Fläche, die zur Zentrierung
des Werkzeughal ters und des damit verbundenen Werkzeugs und gleichzeitig
zur Übertragung der erforderlichen Kräfte ausgelegt
sind. Ferner sind Werkzeughalter bekannt, bei denen Kühlmittel,
z. B. durch eine hohle Antriebswelle, zu dem Werkzeug übertragen
wird.
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Bezüglich
der Arretierung des Werkzeugs im Werkzeughalter und der Arretierung
des Werkzeughalters an den Bearbeitungsarmen der Werkzeugmaschine
sind verschiedene Ausgestaltungen bekannt, die beispielsweise pneumatisch,
hydraulisch oder mechanisch arbeiten und sicherstellen, dass der Werkzeughalter
mit dem Werkzeug auch bei hohen Querbeschleunigungskräften
fixiert ist. Ein Ablösemechanismus, der meist über
eine Steuerung gewollt aktiviert werden kann, sorgt dann dafür,
dass die Arretierung zwischen Werkzeughalter und Werkzeugmaschinenarm
gelöst wird, wenn sich dieses beispielsweise in einer Parkposition
in einem Werkzeugmagazin befindet.
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Diese
automatisch wechselbaren Werkzeughalter der genannten Art sind konstruktionsbedingt nicht
in der Lage, mehrere Medien und Signale zu dem Werkzeug zu übertragen
und dabei gleichzeitig einen Kollisionsschutz des empfindlichen
Werkzeugs zu gewährleisten. Zudem wird bei einem optischen Bearbeitungskopf
beispielsweise Laserlicht entlang der Mittelachse in den Bearbeitungskopf
geführt, wodurch ein Werkzeughalter eine entsprechende Durchgangsöffnung
aufweisen muss.
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Eine
Möglichkeit, einen Laserbearbeitungskopf gegen seitliche
Kollisionen zu schützen, ist aus der
DE 197 01 516 C1 bekannt.
Dort ist ein Laserbearbeitungskopf beschrieben, der über
Magnete an einem ringförmigen Trägerteil haltert.
Bei einer seitlichen Kollision wird der Laserbearbeitungskopf mitsamt
den Magneten von dem ringförmigen Trägerteil abgeschert,
wobei die maximale Haltekraft der Magnete durch unterschiedliche
Abstände zum Trägerteil einstellbar ist. Allerdings
bietet der magnetische Kollisionsschutz keinen Schutz gegen axiale
Kollisionen, und der Laserbearbeitungskopf muss nach einer Kollision
manuell wieder an dem Trägerteil positioniert werden.
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Ähnliche Überlegungen
gelten auch für Anlagen, bei denen der auswechselbare optische
Kopf nicht ein Bearbeitungskopf, sondern ein Messkopf ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Schnellwechselwerkzeughalter zur
Halterung eines optischen Bearbeitungs- oder Messkopfes, insbesondere
eines Laserbearbeitungskopfes, anzugeben, der einerseits einen Kollisionsschutz
aufweist und andererseits einen schnellen Wechsel des Kopfes erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Schnellwechselwerkzeughalter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wirken
dabei das Kollisionsschutzelement und der Träger als federmechanischer
Kollisionsschutz zusammen. Ferner ist das Aufnahmeelement über
eine lösbare Kupplung mit dem Kollisionsschutzelement koppelbar.
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Dadurch
ist ein über einen Schnellwechselmechanismus austauschbarer
optischer Bearbeitungs- oder Messkopfes wirksam gegen eine Zerstörung
bei einer Kollision geschützt. Der federmechanische Kollisionsschutz
gewährleistet, dass der optische Bearbeitungs- oder Messkopf
wieder in seine ursprüngliche Position zurückfällt,
sobald die Kollision aufgehoben ist.
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Vorteilhaft
wird das Kollisionsschutzelement durch ein Rückstellelement,
insbesondere eine Druckfeder, und Anschläge bezüglich
des Trägers in einer definierten Arbeitsposition gehalten.
Das Rückstellelement kann dabei je nach Ausführungsform auch
durch andere Federelemente wie beispielsweise eine Zugfeder, einen
Gummiring oder ein pneumatisches Element wie beispielsweise eine
Druckluftkammer zwischen dem Träger und dem Kollisionsschutzelement
ausgestaltet sein.
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Weiter
vorteilhaft ist, wenn der Träger oder das Kollisionsschutzelement
eine erste Gleitfläche aufweist, die ermöglicht,
dass bei einer axialen Kollision des Bearbeitungs- oder Messkopfes
mit einem Werkstück das Kollisionsschutzelement bezüglich des
Trägers durch Entlanggleiten an der ersten Gleitfläche
in axialer Richtung aus der definierten Arbeitposition verfährt.
Dadurch werden die beiden axial zueinander beweglichen Einheiten
geführt und es wird ein Verkanten der Einheiten wirkungsvoll
verhindert.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Träger oder das Kollisionsschutzelement
eine ballige zweite Gleitfläche aufweist, die ermöglicht,
dass bei einer seitlichen Kollision des Bearbeitungs- oder Messkopfes
mit einem Werkstück das Kollisionsschutzelement bezüglich
des Trägers durch ein kombiniertes Abrollen und Entlanggleiten
an den beiden Gleitflächen in seitlicher Richtung aus der
definierten Arbeitposition ausschwenkt. Dadurch sind der Träger und
das Kollisionsschutzelement auch bei einer seitlichen Kollision
gegen ein Verkanten geschützt. In Kombination mit der axialen
Gleitbewegung kann dadurch ein Bearbeitungskopf durch eine Lageänderung
des Kollisionsschutzelements bezüglich des Trägers
aus der Arbeitsposition den axialen und/oder seitlich auf den Bearbeitungskopf
wirkenden Druckkräften ausweichen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass sich das Rückstellelement an einem
Kupplungselement abstützt, das das Kollisionsschutzelement
mit dem Aufnahmeelement koppelt. Damit wird die Federkraft des bereits
zum Zwecke des Kollisionsschutzes vorhandenen Rückstellelements
verwendet, um das Kupplungselement in dem Aufnahmeelement zu arretieren.
Dadurch ist das Aufnahmeelement und der daran befestigte, empfindliche
optische Bearbeitungs- oder Messkopf ausfallsicher gekoppelt.
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Zum
Lösen der Kupplung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass
das Kupplungselement durch Druckluft gegen eine von dem Rückstellelement
ausgeübte Kraftwirkung derart bewegbar ist, dass es von dem
Aufnahmeelement abkoppelt.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass das Kollisionsschutzelement und das Aufnahmeelement
in gekoppeltem Zustand drehfest miteinander verbunden sind. Dies
kann beispielweise über Scherstifte oder durch formschlüssige
Ausgestaltungen des Kupplungselements und des Aufnahmeelements geschehen.
Dadurch ist die Arbeitsposition des optischen Bearbeitungs- oder
Messkopf präzise festgelegt.
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Ferner
kann der Schnellwechselwerkzeughalter so ausgeführt sein,
dass das Kollisionsschutzelement und das Aufnahmeelement zwei in
eingekoppeltem Zustand aneinander anliegende Flächen haben,
die zueinanderfluchtende Durchführungsöffnungen
zur Übertragung von erforderlichen Medien und/oder Sensorsignalen
aufweisen. Dadurch können bei einem Wechsel des Bearbeitungskopfs
auch die Arbeitsmedien automatisch abgekoppelt werden.
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Erfindungsgemäß ist
ferner ein Aufnahmeelement vorgesehen, das einen Bearbeitungs- oder Messkopf
haltern kann und zur Verwendung als Aufnahmeelement in einem der
obigen Schnellwechselwerkzeughalter geeignet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.
Darin zeigen:
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1 eine
Draufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der
Linie A-A (oben) eines erfindungsgemäßen Schnellwechselwerkzeughalters
mit einem Kollisionsschutzelement und einem Aufnahmeelement;
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2 eine
Draufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der
Linie B-B (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem eine
Kupplungssensorik gezeigt ist;
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3 eine
Seitenansicht (oben) sowie einen Schnitt entlang der Linie C-C (unten)
durch das Aufnahmeelement des Schnellwechselwerkzeughalters, in
dem Mittel zur axialen Zentrierung eines Bearbeitungskopfes gezeigt
sind;
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4 eine
teilweise Schnittansicht (oben) entlang der Linie A-A sowie einen
Schnitt (unten) entlang der Linie D-D des Schnellwechselwerkzeughalters,
in welchem die Zentrierung des Kollisionsschutzelements bezüglich
eines Trägers gezeigt ist;
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5 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
E-E (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem ein Kupplungselement
in entspanntem Zustand gezeigt ist;
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6 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
G-G (oben) des um 90° gedrehten Schnellwechselwerkzeughalters,
bei dem das Aufnahmeelement an dem Kollisionsschutzelement eingekoppelt
ist;
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7 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
I-I (oben) des um 120° gedrehten Schnellwechselwerkzeughalters,
in dem Kollisionssensoren gezeigt sind;
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8 eine
Aufsicht (unten) sowie einen gewinkelten Schnitt entlang der Linie
J-J (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem ein Druckluftanschluss
gezeigt ist;
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9 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
K-K (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters, in dem Mediendurchführungen
zur Übertragung von erforderlichen Medien gezeigt sind;
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10 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
H-H (oben) des Schnellwech selwerkzeughalters während einer
axialen Kollision (Z-Kollision);
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11 eine
Aufsicht (unten) sowie einen Längsschnitt entlang der Linie
H-H (oben) des Schnellwechselwerkzeughalters während einer
seitlichen Kollision (X/Y-Kollision).
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
einen Schnellwechselwerkzeughalter 10, auch Schnellspanner
oder Wechselwerkzeughalter genannt, zur Halterung eines Bearbeitungs-
oder Messkopfes in einem Längsschnitt, dessen Schnittebene
die Mittelachse des Schnellwechselwerkzeughalters 10 beinhaltet.
Der Schnellwechselwerkzeughalter 10 kann beispielsweise
in einer Laserbearbeitungsanlage zur Halterung eines Laserbearbeitungskopfes
verwendet werden. Der im Wesentlichen als Rotationskörper
ausgeführte Schnellwechselwerkzeughalter 10 umfasst
als Grundeinheiten ein Kollisionsschutzelement 12, das über
einen Träger 14 beispielsweise mit einem Bearbeitungsarm der
Laserbearbeitungsanlage verbunden werden kann, sowie ein an das
Kollisionsschutzelement 12 ankoppelbares Aufnahmeelement 16,
das den nicht gezeigten Laserbearbeitungskopf aufnimmt. In einem
Magazin der Laserbearbeitungsanlage können mehrere Aufnahmeelemente 16 mit
verschiedenen Bearbeitungsköpfen lagern, die sich beispielsweise in
der Brennweite unterscheiden. Der Bearbeitungsarm kann so vor Beginn
der Bearbeitung eines der Aufnahmeelemente 16 automatisiert
anfahren und das Kollisionsschutzelement 12 an das betreffende Aufnahmeelement 16 ankoppeln.
Die Bearbeitungsanlage kann dann die Bearbeitung aufnehmen; am Ende
der Bearbeitung wird das Aufnahmeelement 16 wieder an seinem
Platz im Magazin abgelegt.
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Der
Träger 14 weist eine in der 1 nach oben
gerichtete Flanschfläche 18 auf, die nach Verbindung
mit dem Bearbeitungsarm mit einer Gegenfläche in Anlage
kommt. Die Befestigung des Trägers 14 an dem Bearbeitungsarm
erfolgt mit Hilfe von Schrauben, die in mit Innengewinden versehenen Befestigungsbohrungen 20 des
Trägers eingeschraubt werden. Der Träger 14 weist
ferner eine Durchgangsöffnung 22 mit einem Durchmesser
auf, der an den Durchmesser des Laserstrahls angepasst ist, der
bei modernen Hochleistungslasern im Bereich von 10 mm bis 35 mm
liegt. Durch die Durchgangsöffnung kann dann der von dem
Bearbeitungsarm kommende Laserstrahl in den Schnellwechselwerkzeughalter 10 und
den daran anschließenden Laserbearbeitungskopf eintreten.
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Der
Strahlrichtung des Lasers axial nach unten hin folgend weist der
Träger 14 eine sich konisch oder glockenförmig
verbreiternde Außengleitfläche 24 auf,
an der eine an dem Kollisionsschutzelement 12 angebrachte
Schmutzlippe 26 entlanggleiten kann. An dem der Flanschfläche 18 gegenüberliegenden
Ende des Trägers 14 weist dieser einen radial
nach außen weisenden flanschförmigen Ansatz 28 auf,
der, wie in der Schnittansicht gezeigt, eine ballige, vorzugsweise
kugelflächenabschnittsförmige Außenkontur 29 hat.
Im Inneren des Trägers 14 ist ein sich in Strahlrichtung
nach unten hin öffnender kegelstumpfförmiger Hohlraum 30 ausgebildet,
in dem eine Druckfeder 32 angeordnet ist, die sich nach oben
hin an einem die Durchgangsöffnung 22 koaxial umgebenden
Innenflansch an dem Träger 14 abstützt.
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Das
Kollisionsschutzelement 12 begrenzt mit einem Gehäuse 34 einen
Innenraum 36, in dem der Träger 14 einen
Bewegungsfreiraum hat. Dabei hat der flanschförmige Ansatz 28 des
Trägers 14 die Möglichkeit, entlang einer
am Innenraum 36 ausgebildeten Innengleitfläche 38 axial
in dem Gehäuse 34 des Kollisionsschutzelements 12 entlang
zu gleiten. Nach oben hin wird das Gehäuse 34 von
einem ringförmigen Anschlag 40 begrenzt, an dem
die Schmutzlippe 26 befestigt ist. Der Strahlrichtung weiter
nach unten folgend weist das Kollisionsschutzelement 12 ein
mehrere Teile umfassendes Kupplungselement 42 auf.
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Das
Kupplungselement 42 hat einen Kupplungsschaft 44,
der beispielsweise über Zentrierdichtungsringe 46 im
Boden des Gehäuses 34 des Kollisionsschutzelements 12 zentriert
wird und der mittig über die untere Begrenzungsfläche 48 des
Kollisionsschutzelements 12 axial hinausragt. Die Begrenzungsfläche 48 erstreckt
sich somit ringförmig um den Kupplungsschaft 44.
Ferner weist das Kupplungselement 42 einen Kupplungshohlkolben 50 auf, der
innerhalb des Kupplungsschafts 44 axial beweglich angeordnet
ist und der durch eine kegelstumpfförmige Außenkontur 51 an
seinem unteren Ende bei einer Bewegung in Richtung des aus dem Kollisionsschutzelement 12 hinausragenden
Teils des Kupplungsschafts 44 dort befindliche Spannkugeln 52 radial
nach außen drückt. Wie die Durchgangsöffnung 22 des
Trägers 14 hat der Kupplungshohlkolben 50 einen
mit der Mittelachse fluchtenden Durchgang 54 zur Durchführung
des Laserstrahls, der ebenfalls einen an den Laserstrahl angepassten
Innendurchmesser hat.
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In
einer Außennut des Kupplungshohlkolbens 50 liegt
eine erste Lippendichtung 56 mit U-förmigem Profil
zwischen dem Kupplungshohlkolben 50 und einem erweiterten
Durchmesser des Kupplungsschafts 44 an. Zusammen mit einer
zweiten Lippendichtung 58 mit U-förmigem Profil,
die in axialer Richtung weiter unten in einer Innennut des Kupplungsschafts 44 angeordnet
ist und an der der Kupplungshohlkolben 50 entlanggleitet,
begrenzt diese erste Lippendichtung 56 einen Druckraum 60,
in den zur Steuerung des Kupplungshohlkolbens 50 über
eine in 8 gezeigte Druckluftzuführung 62 Druckluft eingebracht
werden kann.
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An
dem in axialer Richtung entgegen der Strahlrichtung des Lasers weisenden
oberen Ende des Kupplungshohlkolbens 50 ist in einem erweiterten
Querschnitt des Kupplungshohlkolbens 50 ein Adapterringelement 64 angeordnet,
an dem sich die andere Seite der Druckfeder 32 abstützt.
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Dabei
ist zwischen dem Adapterringelement 64 und dem Kupplungshohlkolben 50 ein
ringförmiges Betätigungsblech 66 geklemmt,
das insbesondere in der 5 gezeigt ist und das über
den Außenumfang des Kupplungshohlkolbens 50 hinausragt.
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Das
Aufnahmeelement 16, das in der Längsschnittansicht
der 1 in entkoppeltem Zustand unterhalb des Kollisionsschutzelements 12 ohne
einen darin aufgenommenen Bearbeitungs- oder Messkopf gezeigt ist,
weist an seiner dem Kollisionsschutzelement 12 zugewandten
Seite einen Rastring 68 auf. An diesem Rastring 68 ist
ein Aufnahmering 70 befestigt, in dessen Innendurchmesser
eine Zentrierhülse 72 angeordnet ist. Wie insbesondere
aus der Schnittansicht entlang der Linie C-C der 3 ersichtlich
ist, sind in dem Aufnahmering 70 vier diametral verlaufende
Zentrierschrauben 74 jeweils um 90° versetzt über
den Umfang verteilt. Durch Einschrauben der Zentrierschrauben 74 drücken
diese auf die Zentrierhülse 72, die an dem Rastring 68 über
Befestigungsschrauben 76 in axialer Richtung gehaltert wird.
Dadurch kann die Zentrierhülse 72 axial zentriert
und gefluchtet werden. Der Bearbeitungs- oder Messkopf, der in den
Figuren nicht gezeigt ist, wird dann mit der Zentrierhülse
verbunden und ist damit präzise ausgerichtet.
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Der
Rastring 68 ist zu dem Kupplungselement 42 und
der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 komplementär
ausgebildet, so dass die in Richtung des Kollisionsschutzelements 12 weisende
Kontaktfläche 78 des Rastrings 68 auf
der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 zu
liegen kommen kann. Hierzu entspricht der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung
des Rastrings 68 dem Außendurchmesser des Kupplungsschafts 44.
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Wie
in 6, in der das Aufnahmeelement 16 in der
an dem Kollisionsschutzelement 12 angekoppelten Position
gezeigt ist, zu erkennen ist, weist die Innenöffnung 80 des
Rastrings 68 eine Innennut 82 auf, in der die
Spannkugeln 52 bei Betätigung des Kupplungshohlkolbens 50 einrasten
können und somit das Aufnahmeelement 16 an dem
Kollisionsschutzelement 2 arretieren. Damit das Aufnahmeelement 16 drehfest
an dem Kollisionsschutzelement 12 angekoppelt wird, ist
in dem Rastring 68 ein Scherstift 84 vorgesehen,
der, wie dies in 1 gezeigt ist, mit einer Bohrbuchse 86 zusammenwirkt,
die in der Begrenzungsfläche 48 des Kollisionsschutzelements 12 aufgenommen
ist. Eine andere Möglichkeit eine Drehfestigkeit zwischen
dem Kollisionsschutzelement 12 und dem Aufnahmeelement 16 sicherzustellen,
wäre beispielsweise für die Spannkugeln 52 des Kupplungselement 42 radiale
Vertiefungen in der Innennut des Rastrings 68 vorzusehen.
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Wie
in 2 gezeigt, weist das Kollisionsschutzelement 12 ferner
einen Kupplungssensor 88 auf, der mit einem an dem Aufnahmeelement 16 angebrachten
Betätigungsstift 90 zusammenwirkt. Mit Hilfe des
Kupplungssensors 88 lässt sich erkennen, ob eine
fehlerfreie Kopplung der beiden Teile gegeben ist.
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Sowohl
das Kollisionsschutzelement 12 als auch das Aufnahmeelement 16 weisen
an den beiden aneinander anliegenden Flächen, der Begrenzungsfläche 48 und
der Kontaktfläche 78 Öffnungen auf, die
im gekoppelten Zustand zueinander fluchten und durch welche Medien
oder Sensorsignale von dem Kollisionsschutzelement 12 an
das Aufnahmeelement 16 und dem damit verbundenen Bearbeitungskopf übertragen
werden können. Selbstverständlich ist auch eine Übertragung
in umgekehrter Richtung möglich. 9 zeigt
dabei in einer Schnittansicht insbesondere vier Mediendurchführungen 92.
Dabei ist an dem Kollisionsschutzelement 12 ein oberer
Pneumatikanschluss 94 vorgesehen, an den beispielsweise
ein von der Laserbearbeitungsanlage kommendes Arbeitsgas angeschlossen
werden kann. Der obere Pneumatikanschluss 94 ist dann bis auf
die Begrenzungsfläche 48 durchgeführt
und endet in einer Auslassöffnung 96, an der ein
O-Ring 98 angebracht ist. Mit dieser Auslassöffnung 96 fluchtend
ist in dem Aufnahmeelement 16 eine korrespondierende Eingangsöffnung 100 vorgesehen,
die durch den Aufnahmering 70 hindurchgeführt
ist und in einem unteren Pneumatikanschluss 102 endet.
An diesem Pneumatikanschluss 102 werden dann kurze Zuleitungen
zu dem an dem Aufnahmeelement 16 angebrachten Laserbearbeitungskopf
angeschlossen. Aufgrund der durch das Kupplungselement 42 bewirkten
Kräfte, können dabei Gasdrücke von bis
zu 25 bar und mehr übertragen werden.
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Der
Kollisionsschutz des Schnellwechselwerkzeughalters 10 funktioniert
derart, dass die Druckfeder 32 die einerseits an dem Träger 14 und andererseits
an dem Adapterring 64 anliegt, dafür sorgt, dass
der flanschförmige Ansatz 28 des Trägers 14 an
dem ringförmigen Anschlag 40 des Kollisionsschutzelements 12 anliegt
und somit das Kollisionsschutzelement 12 in einer definierten
Arbeitsposition bezüglich des Trägers 14 und
damit dem Bearbeitungsarm der Laserbearbeitungsanlage hält.
Um in der Arbeitsposition eine drehfest und axiale Orientierung
des Kollisionsschutzelements 12 gegenüber dem
Träger 14 sicherzustellen, ist wie in der 4 ersichtlich
ein weiterer Zentrier- und Scherstift 104 vorgesehen, der
in einer axialen Nut 106 in dem flanschförmigen
Ansatz 28 des Trägers 14 geführt
ist.
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Um
nun ein Aufnahmeelement 16 mit einem Bearbeitungs- oder
Messkopf an dem Kollisionsschutzelement 12 zu koppeln,
wird der Druckraum 60 mit Druckluft beaufschlagt, so dass
der Kupplungshohlkolben 50 des Kupplungselements 42 entgegen der
Federkraft der Druckfeder 32 aus dem Kupplungsschaft 44 zurückgezogen
wird, wodurch die Spannkugeln 52 kräftefrei werden.
Die Bewegung des Kupplungshohlkolbens 50 wird dabei über
das Betätigungsblech 66 überprüft,
dessen Position über einen Betätigungssensor 107 erfasst
werden kann. Der Befestigungsarm kann nun über das entsprechende
Aufnahmeelement 16 bewegt und der Kupplungsschaft 44 in
die Rastöffnung des Rastrings 68 eingeführt
werden. Danach wird der Druckraum 60 entlüf tet,
so dass der Kupplungshohlkolben 50 durch die Federkraft
der Druckfeder 32 nach vorne bewegt wird und somit die
Spannkugeln 52 innerhalb der Innennut 82 des Rastrings 68 eingreifen.
Das Aufnahmeelement 16 wird dadurch, wie aus 6 ersichtlich,
mit dem Kollisionsschutzelement 12 gekoppelt. Durch Zuführen
der verschiedenen Arbeitsgase über die Mediendurchführungen 92 und
durch Einspeisen des Lasers durch die Durchgangsöffnung 22 in
den Bearbeitungskopf kann dann die Bearbeitung eines Werkstücks
erfolgen.
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Kommt
es, wie in 10 gezeigt, aufgrund einer Fehlsteuerung
zu einer Kollision des Bearbeitungskopfes mit dem Werkstück,
so kann beispielsweise eine Kraft in axialer Richtung auf den Bearbeitungskopf
und damit verbunden auf das Aufnahmelement 16 sowie das
Kollisionsschutzelement 12 wirken. Da der Träger 14 jedoch
mit dem flanschförmigen Ansatz 28 entlang zylindrischen
Innengleitfläche 38 des Gehäuses 34 des
Kollisionsschutzelements 12 entlanggleiten kann, verfährt
das Kollisionsschutzelement 12 entsprechend der Federkraft
der Druckfeder 32 in axialer Richtung nach oben. Der Bearbeitungskopf
kann dadurch der Kraftwirkung der Kollision ausweichen.
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Dabei
wird über Sensoren 108, die, wie in 7 ersichtlich,
im 120° Abstand entlang des Umfangs des Kollisionsschutzelements 12 verteilt
sind, die Lage des flanschförmigen Ansatzes 28 erfasst,
so dass eine Kollision elektronisch detektiert werden kann. Eine
Steuerung der Laserbearbeitungsanlage kann dann beispielweise die
Zuführung der Arbeitsmedien unterbrechen und den Betätigungsarm
der Laserbearbeitungsanlage zurückziehen.
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Durch
dieses Zurückziehen des Betätigungsarms wird der
Kollisionszustand aufgehoben und die Druckfeder 32 drückt
den Träger 14 wieder in die ursprüngliche
Arbeitsposition, bei der der flanschförmige Ansatz 28 an
dem ringförmigen Anschlag 40 des Kollisionsschutzelements 12 anliegt.
Der Bearbeitungskopf steht damit wieder in einer exakten Ausgangsposition,
ohne dass manuelle Justageprozesse von Nöten sind.
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11 zeigt
eine Situation, in der auf den Laserbearbeitungskopf bei einem Kollisionsvorgang eine
Kraft senkrecht zu der Mittelachse des Trägers 14,
d. h. seitlich, wirkt. Dabei ermöglicht die kugelflächenabschnittsförmige
Außenkontur 29 des flanschförmigen Ansatzes 28,
dass das Kollisionsschutzelement 12 sich bezüglich
des Trägers 14 durch eine Kombination von Abrollen
und Entlanggleiten auf der Innengleitfläche 38 des
Kollisionsschutzelements 12 gegenüber diesem um
beispielsweise bis zu 15° verkippen kann. Durch den kegelstumpfförmigen
Hohlraum 30 des Trägers 14, in dem die
Druckfeder 32 angeordnet ist, wirkt dabei die Druckfeder 32 wiederum
als Rückstellelement.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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