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Die
Erfindung betrifft eine Blasvorrichtung für ein Laserwerkzeug mit den
Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 42 40 189 A1 ist
eine Blasvorrichtung für
Laserschweißwerkzeuge
mit einem kleinen Arbeitsabstand bekannt. Die Blasvorrichtung besitzt
eine zentrale, den vom Laserwerkzeug emittierten Laserstrahl umgebende
Düse für ein Arbeitsgas und
mehrere rund um den Laserstrahl angeordnete schräge Düsen für ein Hilfsgas. Die Hilfsgasstrahlen werden
direkt auf das Werkstück
gerichtet. Das Hilfsgas hat eine höhere Austrittsgeschwindigkeit
als das Arbeitsgas, wodurch an der Schweißstelle ein Unterdruck erzeugt
werden soll, der ein Ausblasen des Schweißbades unterstützt. Zugleich
soll aus dem Schweißbad
oder der Dampfkapillare ausgasendes Material sofort seitlich weggeblasen
werden. Eine solche Blasvorrichtung ist nur für Laserwerkzeuge mit sehr kurzen
Arbeitsabständen
geeignet.
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Die
DE 43 36 010 C2 befasst
sich mit Laserschneidwerkzeugen und einer hieran adaptierten Blasvorrichtung.
In der Blasvorrichtung wird in einem zentralen Schneidgasstrom aus
Sauerstoffgas eine Treibströmung
rund um den Laser-Schneidstrahl erzeugt. Dies geschieht durch Leitschaufeln,
spiralförmigen
Nutenkanäle
oder durch spiralförmige
Kanäle oder
Bohrungen im Düsenmantel.
Die Drallströmung wird
im Inneren der Gasleitdüse
gebildet und dient dazu, das Schneidgas zur Werkstückoberfläche zu bringen,
um dort Oxidationsprozesse im Schneidbereich zu veranlassen. Dies
setzt einen kleinen Arbeitsabstand des Laserschneidkopfes zum Werkstück voraus.
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In
der
DE 20 2004
017 854 U1 ist eine Laserschweißvorrichtung für Hochleistungslaser
mit hoher Strahlqualität
und Fokussieroptiken mit langer Brennweite angesprochen, die mit
einer Blasvorrichtung ausgerichtet ist. Über Düsen wird eine Luftströmung schräg zum Laserstrahl
gerichtet, wobei die Gasströmungen
einen geringen Volumenstrom und einen niedrigen Druck aufweisen
und sich im Laserstrahl schneiden sollen. Hierdurch wird ein Schutz
der Ober- und Unterraupe der Schweißnaht während des Abkühlens der
Schmelze gegenüber
Reaktionen mit der Umgebungsluft angestrebt.
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Die
EP 0 712 345 B1 zeigt
eine andere Blasvorrichtung mit mehreren in einem Kreis und um den emittierten
Laserstrahl angeordneten lochförmigen Düsen für den Auslass
eines Schutzgases. Die Gasstrahlen treten parallel zum Laserstrahl
aus den Düsenöffnungen
und umgeben den Laserstrahl konzentrisch. Außerdem weist diese Blasvorrichtung
noch einen querliegenden Strömungskanal
auf, durch den ein laminarer Schutzgasstrom quer zum Laserstrahl gerichtet
ist. Diese Blasvorrichtung ist in erster Linie für die Schaffung einer Schutzgasatmosphäre konzipiert
und ist für
Laserwerkzeuge mit einem Arbeits- bzw.
Fokusabständen
vorgesehen. Die Schutzgasatmosphäre
soll am Werkstück
und um die Schweißstelle
geschaffen werden. Eine solche Blasvorrichtung ist für Laserwerkzeuge
mit größeren Arbeitsabständen, sog.
Remote-Laserwerkzeuge, ungeeignet.
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Die
WO 01/45893 A1 zeigt eine andere Blasvorrichtung, die für alle Arten
von Laserwerkzeugen geeignet ist und die einen Gasstrom aus einer Schlitzdüse quer
zum Laserstrahl richtet. Dieser ggf. mehrschichtige Gasstrom soll
hochspringende Schweißspritzer
von der Laseroptik fernhalten und auch Schmauch und Dampf wegblasen.
In der Praxis bringt diese Blasvorrichtung noch nicht den optimalen
Schutz gegen Schweißspritzer,
insbesondere wenn diese mit hoher kinetischer Energie aufsteigen. Dieses
Problem ist speziell bei Remote-Laserwerkzeugen mit Arbeitsabständen von
ca. 500 mm oder mehr gegeben. Die vorbekannte Blasvorrichtung braucht
außerdem
einen gewissen Bauraum unterhalb des Laserwerkzeugs. Zudem kann
die Gefahr bestehen, dass vom Gebläse Schweißspritzer, Dampf oder dergl.
aus der Umgebung angesaugt und mit dem Gasstrom ausgeblasen werden,
was zu Verschmutzungen des nahe gelegenen Schutzglases führen kann.
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Die
DE 101 60 785 C1 zeigt
eine Begasungsdüseneinheit
für ein
Laserschweißwerkzeug
mit einem um die Laserachse drehenden Düsenrotor, der eine einzelne
Auslassdüse
aufweist. Durch deren Rotation soll ein zyklonförmiger Prozessgasmantelstrom
mit einem zentralen und im wesentlichen strömungsfreien Auge erzeugt werden.
Diese Blastechnik dient der Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre an der
Schweißstelle
und ist nur für
Laserschweißwerkzeuge
mit kurzer Brennweite geeignet. Außerdem kann die Blasvorrichtung
die Verschmutzung und Beeinträchtigung
der Laseroptik durch hochspringende Schweißspritzer nicht verhindern,
insbesondere wenn diese im strömungsfreien
Auge aufsteigen. Die zyklonartige Mantelströmung saugt sogar solche Schweißspritzer
an, was besonders nachteilig ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Blastechnik
für Remote-Laserwerkzeuge
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
beanspruchte Blasvorrichtung sorgt für einen besseren und sicheren
Schutz der Laseroptik, des Schutzglases und anderer Teile des Laserwerkzeugs
gegen hochspringende Schweißspritzer, Schmauch
oder andere Umgebungseinflüsse
aus dem Laserbearbeitungsprozess. Hochspringende Schweißspritzer
werden zuverlässig
seitlich abgelenkt, auch wenn sie nahe der Laserstrahlachse und in
deren Richtung aufsteigen. Zudem wird das Laserwerkzeug und insbesondere
dessen Laseroptik unter Schutzglas von der Blasvorrichtung wirksam
gekühlt.
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Die
konvergent schräge
Ausrichtung der rund um den Laserstrahl angeordneten Gasstrahlen, insbesondere
Luftstrahlen, und insbesondere deren windschiefe Ausrichtung zur
Laserstrahlachse haben den Vorteil, dass im Zentrum des von den
Gasstrahlen gebildeten Hüllmantels
günstige
Druckverhältnisse
herrschen, wobei vorzugsweise ein Unterdruck vermieden wird. Die
schräg
gerichteten Gasstrahlen treffen sich mit Abstand vor der Strahlaustrittsstelle des
Laserwerkzeugs, wobei sie sich vorzugsweise nicht in der Laserstrahlachse
schneiden, sondern mit ihrer Wirkachse seitlich an der Laserstrahlachse
vorbeizielen. Hierdurch schneiden sich lediglich benachbarte Gasstrahlen.
Durch die zweiachsig schräge Ausrichtung
der gleichmäßig im Kreis
umd die Laserstrahlachse verteilten Gasstrahlen entsteht an der Treffstelle
eine Art Tangentenring. Durch diese Strahlausrichtung kann ein Aufblasen
der Gasströme auf
das Werkstück
vermieden werden, wenn dies unerwünscht sein sollte, z.B. beim
Laser-Remote-Schweißen
mit größeren Arbeitsabständen. Andererseits
bilden die schrägen
Gasstrahlen miteinander eine kegelige Hüllform oder einen Drallkegel,
der wirksam aufsteigende Schweißspritzer
abbremst und seitlich weglenkt. Dies gilt auch für Schweißspritzer, die sich im Bereich
der Laserstrahlachse und des Tangentenrings bewegen.
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Die
beanspruchte Blastechnik hat einen weiteren positiven Effekt. Die
Gasströme
drücken
nämlich
die an der Bearbeitungsstelle, insbesondere einer Schweißstelle, entstehende
Plasmasäule
nieder. Derartige Plasmasäulen
aus Metalldampf oder anderen im Prozess entstehenden gasförmigen Teilen kann
bei Remote-Prozessen mit einem langen Arbeitsabstand bzw. einer
langen Brennweite erhebliche Höhen
von ca. 400 bis 500 mm über
dem Werkstück
erreichen. In dieser Plasmasäule
wird das Laserlicht teilweise absorbiert, was verschiedene negative
Auswirkungen haben kann. Einerseits wird die Prozessumgebung am
Werkstück,
insbesondere die Schweißumgebung,
in einer häufig
unerwünschten Weise
erwärmt.
Die Absorption führt
außerdem
zu Energieverlusten im Laserbearbeitungsprozess, insbesondere im
Schweiß-
oder Schneidprozess. Zudem wird der Laserstrahl diffus. Beides führt zu Verlusten
in der Eindringtiefe und insbesondere der Einschweißtiefe des
Laserstrahls. Die Prozessqualität leidet
und der Energieverbrauch erhöht
sich.
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Die
beanspruchte Blastechnik drückt
in der vorerwähnten
Weise die Plasmasäule
nieder und verringert dadurch deren negative Auswirkungen auf den
Laserstrahl und den Laserbearbeitungsprozess. Andererseits bleibt
die Plasmaumgebung an der Laserbearbeitungsstelle, insbesondere
einer Schweißstelle,
zu deren Schutz gegen Oxidationserscheinungen oder dergl. noch erhalten.
Hierdurch kann man die positiven Wirkungen der Plasmaumgebung und der
Plasmasäule
erhalten, ihre negativen Effekte aber wesentlich reduzieren.
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Die
beanspruchte Blastechnik ist für
beliebige Arten von Laserwerkzeugen und für beliebige Laserbearbeitungsprozesse
geeignet. Besondere Vorteile bestehen beim Laserschweißen und
Laserschneiden. Bei Remote-Lasern bestehen aus den vorgenannten
Gründen
besondere Vorteile, zumal hier das geschilderte Plasma-Problem am größten ist.
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Die
Blasvorrichtung hat den Vorteil einer geringen Baugröße, wobei
sie eine vernachlässigbar kleine
Störkontur
hat. Der Bauaufwand und der Kostenaufwand sind gering. Die Blasvorrichtung
lässt sich
an bestehenden Laserwerkzeugen nachrüsten oder auch in einer Erstausrüstung anbauen
oder integrieren. Hierbei kann insbesondere die Blasvorrichtung
in das Laserwerkzeug und dessen Gehäuse integriert werden. Die
gezeigte und beschriebene Ausführungsform
mit dem Düsenring
ermöglicht
eine Nachrüstung
und einen Anbau an bestehende Laserwerkzeuge.
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Der
Düsenring
hat zudem den Vorteil einer Mehrfachfunktionalität. Er kann nicht nur zur Bildung einer
Verteilkammer und zur Schaffung und Positionierung der Düsen dienen.
Er kann auch die Funktion eines Halters oder Deckels für Teile
des Laserwerkzeugs, insbesondere für ein Schutzglas und ggf. auch
für eine
Laseroptik haben. Insbesondere das Schutzglas kann durch die Blasvorrichtung
weitgehend verschleißfrei
gehalten werden. Außerdem lässt es sich
nach Abnahme des Düsenrings
leicht und einfach wechseln.
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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 Laserzelle mit einem Manipulator und einer Lasereinrichtung
mit einer Blasvorrichtung,
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2 und 3:
eine Schemadarstellung der Düsenausrichtungen
und der Gasstrahlen in Seitenansicht und Draufsicht,
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4:
einen Querschnitt durch einen Düsenring
der Blasvorrichtung,
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5:
eine Draufsicht auf den Düsenring
gemäß Pfeil
V von 4,
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6:
einen abgewinkelten Querschnitt durch den Düsenring von 5 entlang
Schnittlinie VI/VI,
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7:
eine Draufsicht auf eine Blasvorrichtung mit einem abgebrochen Gehäuse,
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8:
ein Längsschnitt
durch die Blasvorrichtung und einen Teil des Laserwerkzeugs gemäß Schnittlinie
VIII/VIII von 7,
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9:
eine Draufsicht auf eine zweite Variante der Blasvorrichtung und
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10:
ein Längsschnitt
durch die Blasvorrichtung und ein Teil des Laserwerkzeugs gemäß Schnittlinie
X/X.
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1 zeigt
in einer schematischen Seitenansicht eine Laserbearbeitungsstation,
hier eine Laserzelle (1), die mit einer Lasereinrichtung
(6) ausgerüstet
ist. In der Laserzelle (1) werden ein oder mehrere Werkstücke (5)
mit ein oder mehreren Laserstrahlen (10) in beliebiger
Weise bearbeitet. Dies können
z.B. Schweiß-
oder Lötprozesse,
Schneidprozesse, Kantenverrundungsprozesse oder dergl. sein.
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Die
Lasereinrichtung (6) umfasst mindestens ein Laserwerkzeug
(7) mit einer Blasvorrichtung (15). Die Erfindung
betrifft die Blasvorrichtung (15) und das damit ausgerüstete Laserwerkzeug
(7) bzw. die damit ausgestattete Lasereinrichtung (6).
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Das
Laserwerkzeug (7) ist in der gezeigten Ausführungsform
mit einem Manipulator (2) verbunden, der beliebig viele
Achsen haben kann. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich
um einen sechsachsigen Gelenkarmroboter mit einer mehrachsigen,
z.B. dreiachsigen Roboterhand (3), an der das Laserwerkzeug
(7) befestigt ist. Alternativ kann der Manipulator (2)
in beliebig anderer Weise ausgebildet sein und eine beliebige andere
Zahl und Ausbildung von Achsen haben. Er kann z.B. ein lineares Kreuzschlittensystem
mit zwei Achsen sein. Die Achsen können rotatorische und/oder
translatorische Achsen sein.
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Der
Manipulator (2) hat eine Steuerung (4), die in
der gezeigten Ausführungsform
als Robotersteuerung ausgebildet ist. In der programmierbaren und
mit entsprechenden Recheneinheiten sowie Datenspeichern ausgerüsteten Steuerung
(4) ist u.a. eine vorprogrammierte Bahn gespeichert, entlang welcher
der Roboter (2) das Laserwerkzeug (7) relativ
zum Werkstück
(5) führt.
Der Manipulator (2) hält hierbei
das Laserwerkzeug (7) in einem größeren Arbeitsabstand vom Werkstück (5).
Der Arbeitsabstand bzw. die damit einhergehende Brennweite der Laseroptik
(13) betragen z.B. 500 mm oder mehr. Das Laserwerkzeug
(7) ist in diesem Sinne als Remote-Laserwerkzeug ausgebildet.
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Die
Lasereinrichtung (6) umfasst ferner mindestens eine Laserquelle
(8), in der mindestens ein Arbeitslaserstrahl (10)
erzeugt und über
eine Leitung (9) dem Laserwerkzeug (7) zugeführt wird.
In der Laserzelle (1) können
mehrere Laserwerkzeuge (7) mit einer gemeinsamen Laserquelle
(8) und einer Strahlumschalteinrichtung vorhanden sein.
Die Leitung (9) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. Es kann sich hierbei um ein biegeelastisches Lichtleitkabel,
ein Röhren-
und Spiegelsystem oder eine andere beliebige Ausführungsform
handeln. Bei der gezeigten Ausführungsform
eines Lichtleitkabels wird der Laserstrahl (10) an der
Laserquelle (8) in einen innenliegenden Lichtwellenleiter
(11) eingekoppelt.
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Die
Laserquelle (8) kann von beliebig geeigneter Bauart, Größe und Leistung
sein. Vorzugsweise handelt es sich um einen fasergekoppelten Laser, z.B.
einen Scheibenlaser oder einen Faserlaser mit einer hohen Strahlqualität. Alternativ
ist ein Gaslaser, z.B. ein CO2-Laser, ein
Feststofflaser, oder dergl. möglich.
Die Steuerung des Laserbearbeitungspozesses und der Laserquelle
(8) kann über
eine separate Steuerung oder über
die Robotersteuerung (4) erfolgen.
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Das
in 1 schematisch dargestellte Laserwerkzeug (7)
besitzt ein mit der Roboterhand (3) oder einem anderen
Manipulatoranschluss verbindbares Gehäuse (41), welches
in 8 zeichnerisch angedeutet ist. In diesem Gehäuse (41)
befindet sich ein weiteres stirnseitig offenes, rohrförmiges Gehäuse (34),
in dem eine Laseroptik (13) mit einer Fokussieroptik und
einer Kollimationsoptik sowie ggf. ein vorgeschaltetes Schutzglas
(14) angeordnet sind. Die Laseroptik (13) kann
eine feste oder eine veränderliche
Brennweite haben und z.B. als Autofokus-System ausgebildet sein. Änderungen
der Brennweite und des Fokus- bzw. Arbeitsabstands sind z.B. durch
gesteuerte Axialverschiebung eine Fasersteckers (nicht dargestellt)
möglich,
an den der Lichtwellenleiter (11) im Laserwerkzeug (7)
angeschlossen ist.
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Die
Gehäusegestaltung
kann gerade oder abgewinkelt sein, wobei der Laserstrahl (10)
einen entsprechenden Strahlengang hat. 8 und 10 zeigen
das Gehäuse
(34) mit der Laseroptik (13) und dem Schutzglas
(14) in einem Längsschnitt. Die
anderen Teile des Laserwerkzeugs (7) sind hier der Übersicht
halber weggelassen und nicht dargestellt.
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Am
Laserwerkzeug (7) ist eine Blasvorrichtung (15)
dauerhaft oder abnehmbar befestigt. Sie kann wahlweise in das Laserwerkzeug
(7) integriert sein oder wie in den gezeigten und nachstehend
erläuterten
Ausführungsbeispielen
als separates Anbauteil ausgebildet sein.
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Die
Blasvorrichtung (15) besitzt mehrere Düsen (20, 21),
die vorzugsweise in einem Kreis um eine zentrale Achse angeordnet
sind, die in Montagestellung der Blasvorrichtung (15) vorzugsweise
mit der Zentralachse des Laserstrahls (10) zusammenfällt. Die
Düsen (20, 21)
sind in der gezeigten Ausführungsform
stationär
an einem rohrförmigen
Düsenring
(22) angeordnet. Die Blasvorrichtung (15) weist ferner
eine Gaszuführung
(36) auf, die in 10 schematisch
angedeutet ist. Die Gasvorrichtung (36) besteht z.B. aus
einer Druckluftquelle, mindestens einer vorzugsweise flexiblen Zuführleitung
und einem Leitungsanschluss zur Verbindung mit dem Düsenring
(22). Das verwendete Gas kann von beliebiger Art sein.
In der bevorzugten einfachen Ausführungsform handelt es sich
um Luft. Die Druckluftquelle und die anderen Komponenten der Gaszuführung (36) sind
der Übersicht
halber nicht dargestellt.
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Wie 2 bis 6 verdeutlichen,
sind die Düsen
(20, 21), aus denen die Gasstrahlen (16)
frei nach außen
treten, konvergent und schräg
zur Achse des Laserstrahls (10) bzw. zur Zentralachse des
Düsenrings
(22) ausgerichtet. Wie insbesondere 3 zeigt,
sind die Düsen
(20, 21) bzw. die Luftstrahlen (16) mit
ihren Strahlachsen (17) windschief zur Achse des Laserstrahls
(10) ausgerichtet. Dies bedeutet, dass die Strahlachsen
(17) am Laserstrahl (10) seitlich mit Abstand
vorbeizielen und sich bei dieser Ausführungsform nicht in der Laserstrahlachse
gemeinsam schneiden.
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Die
zentrisch in einem Kreis um die Laserstrahlachse positionierten
Düsen (20, 21)
weisen untereinander gleiche Ausrichtwinkel α, β ihrer Strahlachsen (17)
mit Bezug zur Laserstrahlachse (10) auf. 3 zeigt,
dass sich bei dieser Strahlausrichtung die umfangsseitig benachbarten
Gasstrahlen (16) miteinander schneiden, wobei die Schnittpunkte
auf gleicher Höhe
bzgl. der Laserstrahlachse (10) liegen. Durch die untereinander
gleiche Düsenausrichtung bilden
an der Schnittstelle die Strahlachsen (17) miteinander
einen Tangentenring (18) zentrisch um die Laserstrahlachse
(10). Dieser Tangentenring (18) befindet sich
mit axialem Abstand vor der Laserstrahlaustrittstelle (12)
an der Frontseite des Laserwerkzeugs (7).
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1 bis 3 verdeutlichen,
dass die von den Düsen
(20, 21) emittierten Gasstrahlen (16)
miteinander die Hüllform
eines Drallkegels (19) bilden. Dieser ist an den Schnittstellen
und dem Tangentenring (18) eingeschnürt und kann durch die untereinander
gleiche Düsenausrichtung
und die windschiefe Strahlausrichtung einen kegelartigen Gasstrommantel
bilden, der eine einheitliche Drehrichtung, z.B. gemäß der Darstellung
in 3 im Uhrzeigersinn, hat. Etwaige vom Werkstück (5)
hochspringende Schweißspritzer
werden von diesem Drallkegel (19) oder Gasstrommantel durch
dessen schräge
Ausrichtung gebremst und seitlich abgelenkt. Dies geschieht auch
im Innenbereich des Tangentenrings (18). Durch den kontinuierlichen
Gasstrom und die leicht diffuse Aufweitung der Gasstrahlen (16)
entsteht ein Druckausgleich, wobei ein Unterdruck im Inneren des
Drallkegels (19) und insbesondere im Tangentenring (18)
vorzugsweise vermieden wird.
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Die
Düsen (20, 21)
sind jeweils in zwei Achsen schräg
zur Laserstrahlachse (10) ausgerichtet. Gemäß 6 haben
die Strahlachsen (17) der Düsen (20, 21)
jeweils einen Ausrichtwinkel β zur
Achsrichtung des Laserstrahls (10) von ca. 20° bis 70°. Ein günstiger
Winkelwert liegt bei ca. 35°.
Die Strahlachsen (17) der Düsen (20, 21)
haben ferner gemäß 5 einen
Ausrichtwinkel α gegenüber der
Radiallinie zwischen der Düsenmündung und
der Kreismitte bzw. Laserstrahlachse (10). Durch diesen
Ausrichtwinkel α zielen
die Strahlachsen (17) in der in 3 gezeigten
Weise seitlich an der Laserstrahlachse (10) vorbei. Der
Ausrichtwinkel α beträgt ca. 7° bis 13°, vorzugsweise
ca. 9°.
Bei dieser Ausrichtung der Strahlachsen (17) befindet sich
der Tangentenring (18) in einem ausreichend großen Abstand
vor der Strahlaustrittstelle (12). Dieser Abstand beträgt z.B. ca.
250 mm.
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Die
vorgenannten Winkelmaße
und Abstände
sind für
ein Remote-Laserwerkzeug (7) mit einem Arbeitsabstand bzw.
einer Brennweite von 500 mm oder mehr günstig. Die Ausrichtwinkel α, β und der hieraus
sich ergebende Abstand des Tangentenrings (18) bzw. der
Strahlschnittstelle können
unterschiedlich gewählt
werden und können
insbesondere mit dem Arbeitsabstand variieren. Wenn die Brennweite oder
der Arbeitsabstand des Laserwerkzeugs (7) sich verringern,
kann sich insbesondere der Ausrichtwinkel β ändern und dabei vergrößern. Dies
führt zu einer
Verkürzung
des Tangentenringabstands. Ggf. kann auch der Ausrichtwinkel α angepasst
werden. Wenn umgekehrt der Arbeitsabstand sich vergrößert, kann
eine Verkleinerung des Ausrichtwinkels β sinnvoll sein.
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Die
Ausrichtwinkel α, β der Düsen (20, 21) können auch
in einer Abhängigkeit
von den Prozesserfordernissen geändert
und angepasst werden. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der eingangs
geschilderten Problematik mit einer Plasmasäule (40), die in 1 schematisch
angedeutet ist. Je nachdem, wie hoch die Plasmasäule (40) aufragt und
wie weit sie ggf. über
dem Gasstrommantel (19) gedrückt werden soll, ergeben sich
unterschiedliche Ausrichtwinkel α, β. Die Lage
des Tangentenrings (18) bzw. der Schnittstelle der Gasstrahlen
(16) bestimmt die maximale Höhe der in Laserstrahlrichtung
aufsteigenden Plasmasäule
(40).
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Die
Düsen (20, 21)
sind vorzugsweise als Lochdüsen
ausgebildet und bestehen aus einem schrägen, im Wesentlichen zylindrischen
Düsenkanal
(23) mit einer lochförmigen
Auslassöffnung.
Die Auslassöffnung
kann kreisrund, oval oder prismatisch sein. Alternativ sind auch
Schlitzdüsen
möglich. Die
Länge und
Form des Düsenkanals
(23) sind so gewählt,
dass die Gasstrahlen (16) eine ausreichend enge Bündelung
haben.
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Die
Blasvorrichtung (15) mit den Düsen (20, 21)
kann konstruktiv in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. In
der dargestellten Ausführungsform besitzt
die Blasvorrichtung (15) einen Düsenring (22) mit den
daran im Kreis verteilt angeordneten Düsen (20, 21).
Der Düsenring
(22) kann an der Strahlaustrittstelle (12) des
Laserwerkzeugs (7) montiert werden, z.B. in der in 8 und 10 gezeigten
Weise.
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Der
Düsenring
(22) besitzt gemäß 4 und 6 eine
im Querschnitt im Wesentlichen C-förmige Wandung und hat unterschiedlich
große
Ringöffnungen
(26, 27). Mit der oberen und im Durchmesser größeren Ringöffnung (26)
kann der Düsenring
(22) gemäß 8 und 10 auf
das ringförmige
Gehäuse
(34) des Laserwerkzeugs (7) aufgesteckt werden.
In dieser Montagestellung bildet die Ausbauchung der Düsenringwandung
mit dem Gehäusemantel
eine über
Dichtungen (25) abgedichtete ringförmige Verteilkammer (24)
für das
unter Druck zugeführte
Gas. An der Verteilkammer (24) münden auch die Düsen (20, 21)
mit ihren Düsenkanälen (23).
Die Düsenkanäle (23)
sind in der gezeigten Ausführungsform
in eine radial vorspringende ringförmige Querwand (29)
des Düsenrings
(22) eingearbeitet. Alternativ können in der Querwand (29)
Aufnahmen für spezielle
Düsenkörper vorhanden
sein, die auch einen Wechsel und ggf. bei entsprechender konstruktiver
Ausbildung eine Winkelverstellbarkeit der Düsen (20, 21)
ermöglichen.
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Die
Gaszuführung
(36) kann direkt am Düsenring
(22) angeschlossen sein. In der gezeigten Ausführungsform
ist die Gaszuführung
(36) zum Teil in das rohrförmige Gehäuse (34) integriert.
In oder an der Gehäusewandung
befinden sich hierfür
vorzugsweise zwei oder mehr Zuführkanäle (37)
mit umfangsseitigen Abstand für
eine gleichmäßige Beschickung
der Verteilkammer (24). Der Zuführkanal (37) besteht
z.B. in der in 8 und 10 gezeigten Weise
jeweils aus einer Axialbohrung (38), die an der Vorderseite
in ein oder mehrere, z.B. zwei Querbohrungen (39) mündet, welche
am Gehäusemantel
im Bereich der Verteilkammer (24) austreten. Rückseitig wird
an der Kanalbohrung (38) die Gaszuführung (36) angeschlossen.
Das mit Druck zugeführte
Gas kühlt bei
dieser Kanalführung
das Gehäuse
(34) und auch die innen liegende Laseroptik (13) nebst
Schutzglas (14).
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Die
radial vorspringende Querwand (29) des Düsenrings
(22) bildet ferner eine Aufnahme (28) für den vorderen
Gehäuserand
(35). Hierfür
kann die Querwand (29) innenseitig eine ringförmige Nut
(30) aufweisen, in die passend der Gehäuserand (35) eingesteckt
werden kann. Dies bildet zugleich eine formschlüssige Führung für den Düsenring (22). Die Querwand
(29) kann in dem außen
an die Nut (30) angrenzenden Bereich eine vergrößerte Dicke
haben. In diesem verdickten Bereich können die Düsenkanäle (23) aufgenommen
sein und eine ausreichende Länge
erhalten.
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Der
Düsenring
(22) kann als Deckel und Halter für die im Gehäuse (34)
befindliche Laseroptik (13) und/oder ein planes Schutzglas
(14) ausgebildet sein. Zu diesem Zweck bildet der innenseitig
an die Nut (30) anschließende Querwandbereich einen
erhabenen Führungsring
(31), der in die Gehäuserandöffnung eingreift
und gegen das hier benachbart angeordnete Schutzglas (14)
drückt.
Die Laseroptik (13) und das Schutzglas (14) können in
einem ausgedrehten zylindrischen Sitz des Gehäuses (34) aufgenommen
sein und in Axialrichtung untereinander durch Zwischenlagen (32)
getrennt und positioniert sein. Mit dem Führungsring (31) wird
hierüber
auch die Laseroptik (13) im besagten Aufnahmesitz gehalten
und fixiert.
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Für die vorzugsweise
lösbare
Befestigung des Düsenrings
(22) am Gehäuse
(34) sind an der Querwand (29) mehrere Verbindungselemente
(33) angeordnet, die mit der Stirnseite des Gehäuserands (35)
zusammenwirken. Dies sind z.B. mehrere konzentrisch um die Laserstrahlachse
(10) angeordnete Schraubverbindungen (33). Die
Schraubstellen liegen zwischen den Düsen (20, 21).
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Abwandlungen
der gezeigten Ausführungsformen
sind in verschiedener Weise möglich.
Dies betrifft die Ausgestaltung der Düsen (20, 21),
die Verwendung und Ausgestaltung eines Düsenrings (22) und
die Gaszuführung
(36). Anstelle eines Düsenrings
(22) mit Verteilkammer kann eine Ringleitung mit angesteckten
oder angeschraubten Düsen
vorhanden sein. Die Düsen
(20, 21) können
außerdem einzeln
an Gaszuführungen
angeschlossen sein. Ferner ist es möglich, die Düsen (20, 21)
in das Laserwerkzeug (7) und insbesondere in dessen Gehäuse (34)
zu integrieren. In der gezeigten Ausführungsform sind 8 im Kreis
verteilte Düsen
(20, 21) vorhanden. Diese Zahl kann nach oben
und unten schwanken. Je größer die
Düsenzahl
ist, desto dichter ist der Gasstrommantel (19).
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- 1
- Laserzelle
- 2
- Manipulator,
Roboter
- 3
- Manipulatoranschluss,
Roboterhand
- 4
- Steuerung,
Robotersteuerung
- 5
- Werkstück
- 6
- Lasereinrichtung
- 7
- Laserwerkzeug,
Laserkopf
- 8
- Laserquelle
- 9
- Leitung
- 10
- Laserstrahl
- 11
- Lichtwellenleiter,
Leitfaser
- 12
- Laserstrahlaustrittstelle
- 13
- Laseroptik
- 14
- Schutzglas
- 15
- Blasvorrichtung
- 16
- Gasstrahl,
Luftstrahl
- 17
- Strahlrichtung,
Strahlachse
- 18
- Tangentenring
- 19
- Drallkegel,
Gasstrommantel
- 20
- Düse
- 21
- Düse
- 22
- Düsenring
- 23
- Düsenkanal
- 24
- Verteilkammer
- 25
- Dichtung
- 26
- Ringöffnung oben
- 27
- Ringöffnung unten
- 28
- Aufnahmebereich
- 29
- Querwand
- 30
- Nut
- 31
- Führungsring
- 32
- Zwischenlage
- 33
- Verbindungselement,
Schraubverbindung
- 34
- Gehäuse
- 35
- Gehäuserand
- 36
- Gaszuführung
- 37
- Zuführkanal
- 38
- Axialbohrung
- 39
- Querbohrung
- 40
- Plasma
- 41
- Gehäuse
- α
- Ausrichtwinkel
Luftstrahl
- β
- Ausrichtwinkel
Luftstrahl